Вести Науки: последние открытия, тенденции и мифы в области науки и техники.

Изучение жизненно важных белков

  • Автор  Даша
  • 18.04.2013 10:19
Изучение жизненно важных белков


Эти белки, G- рецепторы, контролируют практически каждый процесс организма. Ученые подсчитали, что их существует около 800 различных типов в мембранах ваших клеток. Некоторые представляют собой молекулы, способствующие ощущениям, они позволяют нам видеть, чувствовать запах и вкус. Другие заряжают энергией после нескольких глотков кофе, делают более решительным или помогают бороться с инфекцией. GPCR, также связаны со многими заболеваниями, начиная от астмы и заканчивая шизофренией, они связаны более чем с третью существующих препаратов, в том числе в средства против аллергии, сердечные препараты и антидепрессанты.

Однако структура GPCRs, которая является ключом к пониманию того, как работают белки и разработки более эффективных препаратов, остается относительно неизвестной. Исследователи, финансируемые Национальным институтом здравоохранения, дали нам возможность заглянуть в структуру некоторых из них, а также предоставили усовершенствованные методы, разработанные учеными. Работа в данном направлении продолжается и, по словам некоторых специалистов, сенсационные результаты могут появиться в самое ближайшее время.

Структурные подсказки

В лабораториях по всему миру, в течение многих лет, пытались получить подробные изображения человеческих GPCRs . Ученые считают, что точные сведения о трехмерном расположении атомов белка, содержат важные детали о том, как белок взаимодействует со своими природными молекулами, в организме, или молекулами лекарства. Но структура мембранных белков, в том числе GPCR, очень сложная для определения.

Одной из проблем является то, что GPCRs чрезвычайно хрупкая, когда находится за пределами своей клеточной мембраны. Сложно добиться того, что бы белки сформировали кристаллы таким образом, чтобы их структура могла быть определена путем рентгеновской кристаллографии.

GPCR-tree

Фото GPCR сети предоставлено Исследовательским институтом Скриппса.
На данный момент, нам известна структура только одного процента от всех человеческих GPCRs. Исследователи используют два основных подхода к изучению формирования и строения белков. Исследователь Стэнфордского университета Брайан Kobilka, который получил в 2012 году Нобелевскую премию за работы по GPCRs, является одним из ученых, который сосредоточен на изучении конкретных GPCRs. Ученый стремится лучше понять, как функционируют и взаимодействуют белки с другими молекулами, в том числе с наркотиками. Другие ученые, такие как Раймонд Стивенс из Исследовательского института Скриппса, использует дополнительный подход, чтобы получить структуры, которые составляют каждую из основных ветвей дерева семьи GPCR. Получение большей информации об одном члене ветви, может позволить ученым программными методами смоделировать другие молекулы.

GPCR Галерея

Вот некоторые ключевые структуры, которые Стивенс и его сотрудники, включая Kobilka и других ученых всего мира, изучили, используя подход, генеалогического дерева:

protein-receptors
Слева направо: (верхний ряд) Beta2 - адренорецептор, помогает в принятии решения о борьбе или бегстве; A2A рецептор аденозина, который иногда называют "рецептором кофеина"; рецептор хемокинов CXCR4 обычно помогает активировать иммунную систему и стимулирует клеточное движение; ( нижний ряд) D3 дофаминовы рецепторы играют жизненно важную роль в центральной нервной системе; рецептор гистамина H1, играет определенную роль в том, как иммунная система производит аллергическую реакцию на пыльцу, продукты питания и домашних животных; каппа-опиоидные рецепторы, белок на поверхности клеток мозга отвечает за удовольствие, боль, наркотическую зависимость, депрессию, психоз и сопутствующие заболевания.

  • Первая структура высокого разрешения GPCR человека условно называется "бороться или бежать", а сам переключатель называется β2 адренергический рецептор.
  • A2A рецептор аденозина, который иногда называют "рецептором кофеина". Наши тела чувствуют и реагируют на кофеин, такая же реакция происходит на аромат, свет и другие раздражители. Данная молекула GPCR посылает организму сигнал о раздражителях из внешней среды.
  • CXCR4 рецептор хемокина, который обычно помогает активировать иммунную систему, и стимулируют клеточное движение. Когда сигналы, которые активируют рецепторы, должным образом не регулируются, CXCR4 может стимулировать рост и распространение раковых клеток. На сегодняшний день выяснено, что CXCR4 связана с более чем 20 видами рака.
  • D3 рецептор допамина, который играет жизненно важную роль в центральной нервной системе, он влияет на наше движение, познание и эмоции.
  • H1 рецептор гистамина, который играет определенную роль в том, как иммунная система производит аллергические реакции на пыльцу, продукты питания и домашних животных. Многие лекарства против аллергии работают, блокируя действие этого типа GPCR.
  • Каппа-опиоидные рецепторы, белок на поверхности клеток головного мозга, который играет центральную роль в реакции на удовольствия, а также боль, наркоманию, депрессию, психоз и прочие, схожие состояния. Практически все легальные и нелегальные наркотики, от анестетиков до героина, работают, будучи сконцентрированными на этих рецепторах.

Технический прорыв

Когда случился прорыв в изучении и определении структур белков?
"Я всегда задают этот вопрос", говорит Стивенс, "и ответ на него заключается в том, что одного конкретного события - прорыва, не было. Было около 15 отдельных событий, небольших достижений, которые были достигнуты разными исследователями по всему миру. Каждое из этих событий, было крайне необходимо и послужило такому большому продвижению в изучении данного вопроса. Наши открытия мы собирали по крупицам очень долгое время"

Некоторые из этих прорывов улучшили способность исследователей в получении и очистки GPCRs в количествах, достаточных для кристаллизации. Другие исследования были направлены на стабилизацию GPCRs, делая их более устойчивыми и выносливыми при проведении определенных экспериментов. Ученые продолжают совершенствовать другие методы, в том числе возможность моделирования новых структур GPCR.

Эти события оказали огромное влияние на дальнейшее наше понимание GPCRs, и они должны привести к новому пониманию биологических процессов в нашем организме, а так же способствовать совершенствованию лекарственных препаратов.

По материалам сайта - www.livescience.com




Главной целью проекта является распространение научных знаний в современной и доступной форме. Наша команда опытных журналистов стремится к популяризации научного подхода к окружающей действительности и предлагает Вам ознакомиться с последними открытиями, тенденциями и мифами в области астрономии, биологии, медицины, физики, психологии и прикладных наук. Все права на материалы, находящиеся на сайте "Вести Науки", охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах. При любом использовании материалов сайта, гиперссылка (hyperlink) на VestiNauki.ru обязательна. ©VestiNauki.ru 2011-13

Top Desktop version