Под действием протеиновой молекулы под названием тропоэластин живые ткани могут растягиваться, сжиматься, расширяться, изгибаться на протяжении всей жизни, — пишет eurekalert.org.
Примечательно, что сама молекула может растягиваться до восьми раз ее длины и всегда возвращается к первоначальному размеру.
Теперь исследователи расшифровали молекулярную структуру этой сложной молекулы, а также детализировали, какие генетические ошибки могут заставить ее работать неправильно.
Тропоэластин является молекулой-предшественником эластина, которая наряду со структурами, называемыми микрофибриллами, является ключевой для гибкости тканей, включая кожу, легкие и кровеносные сосуды. Но молекула сложна, состоит из 698 аминокислот в последовательности и заполнена неупорядоченными областями, поэтому раскрытие ее структуры было серьезной проблемой для науки.
Эта задача была решена группой исследователей, которые использовали комбинацию молекулярного моделирования и экспериментального наблюдения для построения молекулярной структуры атом за атомом. Результаты появляются на этой неделе в Трудах Национальной академии наук в статье Маркуса Булера, профессора по инженерному делу Джерри МакАфи и начальника отдела гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института; Анна Тараканова, кандидат филологических наук, 17; и три других в Университете Сиднея и Манчестерском университете.
«Структура тропоэластина неуловима», — сказала Анна Тараканова – постдок Массачусетского технологического института. Традиционных методов характеристики было недостаточно для декодирования этой молекулы, «потому что она очень большая, неупорядоченная и динамическая». Но сочетание компьютерного моделирования и экспериментальных наблюдений, которые использовала команда, «позволило нам полностью предсказать атомистическую структуру молекулы», — говорит она.
Исследование показало, что разные болезнетворные мутации в одном гене, который контролирует образование тропоэластина, изменяют жесткость и динамические реакции молекулы, что в конечном итоге может помочь в разработке методов лечения или принятии контрмер для этих состояний. Другие «искусственные» мутации, вызванные исследователями, которые не соответствуют каким-либо известным природным мутациям, могут быть использованы для лучшего понимания функции конкретной части гена, затронутого этой мутацией.
«Мы заинтересованы в определении конкретного региона молекулы для понимания функции этого региона, — говорит Анна Тараканова. — Помимо придания эластичности молекула играет ключевую роль в передаче сигналов внутри клетки и в клеточной адгезии, влияя на клеточные процессы, которые приводятся в движение взаимодействием со специфическими последовательностями внутри молекулы».
В исследовании также были рассмотрены конкретные изменения в молекуле тропоэластина, вызванные известными заболеваниями, такими как cutis laxa, в которых кожа не обладает эластичностью и свободно висит. «Мы показали, что точечная мутация, связанная с этим заболеванием, вызывает изменения в молекуле, которые имеют последствия — механизм заболевания на самом деле связан с изменениями на молекулярном уровне», — объяснила Анна Тараканова.
«Понимание структуры этой молекулы важно не только в контексте болезни, — говорит Маркус Бюлер, — но также может позволить использовать полученные знания в синтетических полимерах, которые могут быть спроектированы для удовлетворения определенных инженерных потребностей. Баланс порядка и беспорядка в контексте желаемых свойств может открыть двери для новых дизайнерских материалов».
Метод, который они использовали для расшифровки структуры молекулы тропоэластина, основан на компьютерном моделировании и молекулярной динамики. Раньше этот метод использовался только для изучения более простых молекулярных структур. «Это первая работа, в которой мы показали, что способ может быть использован для сильно неупорядоченной молекулы размером с тропоэластин…».
Теперь стало понятно, что этот метод может быть применен для понимания других крупных сложных молекул с высокой степенью неупорядоченности.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение