Ученые на St. Детская исследовательская больница Джуда получила новые сведения о регуляции одной из рабочих лошадок ферментов организма, называемых кальпаинами.
Как молекулярные сверхспособности клетки, кальпаины участвуют во многих клеточных процессах, включая движение клеток в тканях, гибель поврежденных клеток, секрецию инсулина, а также функцию клеток мозга и мышц. Обратной стороной этого широкого набора обязанностей является то, что дефектные или сверхактивные кальпаины были связаны с множеством заболеваний, включая форму мышечной дистрофии, диабет 2 типа, рак желудка, болезни Альцгеймера и Паркинсона, катаракту и смерть обоих сердец. мышцы при сердечных приступах и ткани мозга при инсульте и черепно-мозговой травме.
"Наши основные данные о регуляции кальпаина могут добавить полезные элементы к разгадке этих расстройств и, возможно, выявить цели для лекарств для их лечения," сказал Дуглас Грин, доктор философии.D., кафедра Св. Джуд Отделение иммунологии.
Кальпаины вызываются поступлением кальция в клетку. Этот процесс заставляет фермент отщеплять многие целевые белки как часть регуляторного механизма клетки. Однако такой важный фермент требует сверхточного контроля, за который отвечает другой белок, называемый кальпастатином. Центральный вопрос заключался в том, почему кальпастатин настолько специфично прикрепляется к кальпаину и ингибирует его, по существу игнорируя другие очень похожие ферменты в клетке.
В статье, опубликованной в номере журнала Nature от 20 ноября 2008 г., Грин и его коллеги сообщают новую информацию о специфичности кальпастатина.
"Предыдущие исследования кальпастатина показали, как некоторые части молекулы кальпастатина присоединяются к кальпаину в процессе ингибирования," сказал Грин, старший автор отчета. "Однако не было общей картины кальпастатина, которая показывала бы, насколько он настолько точен в прикреплении и эффективен в своих функциях."
Чтобы получить эту общую картину, St. Исследователи Jude использовали аналитическую технику рентгеновской кристаллографии с помощью спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР). В этом широко используемом методе определения структуры белка исследователи сначала кристаллизуют белок, который нужно изучить. Затем они направляют рентгеновские лучи через кристалл и определяют структуру белка по дифракционной картине этих рентгеновских лучей. Чтобы преодолеть узкое место кристаллизации, длительную и непредсказуемую переменную в рентгеновской кристаллографии, исследователи использовали ЯМР-спектроскопию для создания идеального комплекса фермент-ингибитор.
Тудор Молдовяну, Ph.D., научный сотрудник лаборатории Грина выполнил рентгеноструктурный анализ такого кристалла белка, который состоит из важной части молекулы кальпастатина, присоединенной к кальпаину. Структурная картина, полученная для двух сцепленных вместе белков, ясно показала, почему кальпастатин так специфично прикрепляется к кальпаину.
"Кальпаин имеет несколько доменов, и мы увидели, что кальпастатин охватывает практически все области кальпаина," сказал Молдовяну, первый автор отчета. Это присоединение не только блокирует часть фермента, называемую активным сайтом, где кальпаин выполняет свою функцию отсечения, но также покрывает области, расположенные далеко от этого сайта. Такой широкий молекулярный охват гарантирует, что кальпастатин будет мощно и быстро отключать функцию кальпаина, сказал Молдовяну. Это широкое признание также гарантирует, что кальпастатин точно распознает только кальпаины, а не по ошибке присоединится к другим аналогичным ферментам в клетке.
Кроме того, исследователи обнаружили, как кальпастатин уклоняется от пережевывания кальпаином. Выживаемость кальпастатина позволяет повторно использовать его для ингибирования кальпаина, что делает его еще более эффективным регулятором.
Структурная информация исследователей также показала, как кальпаин меняет свою форму, когда он активируется кальцием, и как это преобразование делает его мишенью для прикрепления кальпастатина и, следовательно, его ингибирования.
"Эта новая структурная информация о кальпастатине и о конформационных изменениях кальпаина не только многое объясняет о регуляции кальпаина," Грин сказал. "Это также дает нам информацию, которую мы можем использовать для разработки мишеней для лекарств, которые могут активировать или ингибировать кальпаин."
Источник: St. Детская исследовательская больница Джуда