Выявление факторов важных для транслокации белков через мембрану методами компьютерного моделирования

С. 141–141.

Волынский П. Е., Арбузова А. М., Нольде Д. Е., Ефремов Р. Г.

Функционирование многих белков, обладающих стабильной пространственной структурой в воде, часто связано с их переносом в клетку или из нее через липидную мембрану. Помимо белков, которые преодолевают такой барьер с помощью различных вспомогательных систем (например, транслоконов, мембранных переносчиков), некоторые белки способны спонтанно внедряться в мембрану с последующим проходом и рефолдингом на противоположной стороне липидного бислоя. Наиболее часто такое поведение присуще токсинам. При прохождении через мембрану белки сильно меняют свою пространственную структуру, адаптируясь к гидрофобному окружению. Исследование пространственных перестроек водорастворимых белков в мембране экспериментальными методами затруднено в связи с высокими скоростями процесса перехода и сложностями изучения белков в мембранном окружении. С другой стороны, времена этих процессов слишком велики для эффективного использования молекулярной динамики в системах белок-мембрана. Альтернативным решением является исследование изменения структуры белка в денатурирующих растворителях, имитирующих мембранное окружение (например, смеси хлороформ-метанол). Поведение белка в таких растворителях позволит предсказать последовательные изменения структуры при взаимодействии с мембраной. Кроме того, это позволяет выделить структурные домены, устойчивые к изменению окружения. Использование этой информации при моделировании взаимодействия белков с мембраной в крупнозернистом приближении позволяет наблюдать структурные перестройки в белках, вызванные влиянием мембраны. В работе исследован мембраноиндуцированный рефолдинг каталитических субъединиц природных токсинов рицина и вискумина. Исследование осуществляли посредством длительных расчетов молекулярной динамики в денатурирующих условиях. Кроме того, для исследуемых белков проанализировано изменение взаимодействия с мембраной с использованием конформационного поиска методом Монте-Карло и молекулярной динамики в крупнозернистом представлении. Изучение структурных перестроек в белках при изменении окружения и анализ изменений внутрибелковых контактов, позволил лучше понять работу токсинов. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы при разработке белков, способных самопроизвольно проникать в цитоплазму.

Ключевые слова: membrane-active peptides, мембрано-активные пептиды, biomembranes, биологические мембраны

ПУБЛИКАЦИЯ ПОДГОТОВЛЕНА ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПРОЕКТА: Суперкомпьютерные технологии атомистического моделирования в науках о материалах и физике биомембран (2019)

В книге

II объединенный научный форум: VI съезд физиологов СНГ, VI съезд биохимиков России, IX российский симпозиум «Белки и пептиды» (Сочи, Дагомыс, 1–6 октября 2019). Научные труды

Т. 1. , М.: Издательство "Перо", 2019.