Ученые СПбГУ охарактеризовали «покачивание» белковых молекул в кристаллах

Рентгеновская кристаллография — один из основных методов, позволяющих расшифровать структуру белка, однако для его использования белок необходимо закристаллизовать. Несмотря на то, что в бытовом понимании кристалл представляется чем-то твердым и статичным, недавно ученым удалось доказать, что белковые молекулы в кристаллах «покачиваются». Амплитуда такого движения невелика, всего несколько градусов, но этого достаточно для того, чтобы значительно испортить качество как рентгенодифракционной картины, так и двумерных спектров твердотельного ядерного магнитного резонанса. Для исследователей чрезвычайно важно получение высококачественной структурной модели белка: знания современной молекулярной биологии базируются именно на данных рентгеновской кристаллографии. В частности, благодаря прогрессу в области кристаллографии высокого разрешения произошел революционный скачок в процессе разработки лекарств.

В совместной работе с Полем Шандой из Института структурной биологии в Гренобле ученые СПбГУ представили данные эксперимента, позволяющие достаточно точно определить временные характеристики обнаруженного ранее качательного движения молекул. Так, для изучавшегося кристалла белка убиквитина оно составило десятки микросекунд.

Кроме того, исследователям удалось достаточно полно охарактеризовать локальную конформационную динамику в различных кристаллических формах убиквитина, а именно — скачкообразные переходы в одном из так называемых β-поворотов. «Данные моделирования методом молекулярной динамики позволили нам показать, что контакты между белковыми молекулами, образующими кристаллическую решетку, способны существенно повлиять на это движение, — рассказал Николай Скрынников. — В свою очередь, это позволило нам предположить, что существует причинно-следственная связь между локальной динамикой и качательным движением белковой молекулы как целого. Однако получить экспериментальное подтверждение этой гипотезы пока не удалось — этот вопрос ждет дальнейших исследований».

Ученые СПбГУ предположили, что в перспективе разрабатываемая ими методология позволит более рационально подходить к кристаллизации белков — например, использовать точечные мутации для модификации кристаллических контактов, чтобы за счет этого уменьшить амплитуду качательного движения белковых молекул и тем самым повысить качество рентгеноструктурных данных.

Значительный вклад в работу научной группы внесли Сергей Измайлов, аспирант СПбГУ, и Ольга Рогачева, кандидат наук, сотрудница Университета (кафедра биохимии). Николай Скрынников отметил, что получению весомых научных результатов поспособствовало сочетание двух факторов: работа талантливых и преданных делу молодых ученых, получивших современное образование, а также финансовая поддержка со стороны Российского научного фонда. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Подробнее об этом и других успехах ученых Санкт-Петербургского университета читайте в материалах ректорского совещания, которое состоялось 15 января.