Лектины – белки, синтезируемые бактериями. Они связываются с молекулами сахаров, находящимися на сигнальных белках на поверхности клетки-хозяина, активируя таким образом каскад сигналов в клетке. Наружная мембрана клетки выгибается внутрь, окружая белок, и транспортирует его внутрь клетки. Этот процесс успешно используют бактерии. Ученые модифицировали природные бактериальные лектины и получили средство доставки, способное переносить различные вещества через клеточную мембрану.

В экспериментах на липосомах (красная) ученые
показали, что неолектин (зеленый) вызывает
образование впячиваний мембраны. Этот механизм
абсорбции неолектинов ученые планируют
использовать для транспортировки в клетки
различных веществ. (Фото: Winfried Römer)

Как бактерии преодолевают барьер наружной мембраны и получают доступ в клетки организма? Этот вопрос изучает младший профессор доктор Винфрид Рёмер (Winfried Römer) из Института биологии II (Institute of Biology II), научный сотрудник Центра изучения биологического сигналинга (Centre for Biological Signalling Studies) Университета Фрайбурга (University of Freiburg). Накопленные в этой области знания позволяют доктору Рёмеру разрабатывать новые методы введения в клетки препаратов, используя в качестве модели эндоцитоз бактерий. Недавно ему удалось создать модифицируемую версию бактериального белка, которая в будущем сможет использоваться в качестве средства доставки в клетку того или иного вещества. Кроме того, он и его коллеги установили, что важную роль в распознавании клеточного рецептора и в процессе абсорбции клеткой синтетического бактериального белка играет точная геометрия его молекулы.

Лектины – белки, образуемые бактериями. Они связываются с молекулами сахаров, находящимися на сигнальных белках на поверхности клетки-хозяина, активируя таким образом каскад клеточных сигналов. Подчиняясь этим сигналам, участок наружной мембраны выгибается, окружая лектин, и транспортирует его внутрь клетки. Бактерии используют этот процесс, называемый эндоцитозом, для проникновения в клетку. Профессор Рёмер разработал синтетические аналоги таких белков в сотрудничестве с доктором Анн Имберти (Anne Imberty) из Университета Гренобля (University of Grenoble), Франция.

Аналогично природным лектинам «неолектины» связываются с остатками клеточных сахаров. Впервые ученым удалось добиться возможности «по желанию» изменять количество сайтов связывания с сахаром на синтетическом белке.

«Это позволяет нам разрабатывать и оптимизировать неолектины для использования в качестве инструментов для фундаментальных исследований, адресной абсорбции препаратов и ранней диагностики опухолевых клеток», – объясняет доктор Рёмер.

Его статья об исследовании опубликована в журнале Angewandte Chemie и выбрана в качестве VIP (very important paper) статьи.

Ученые создали неолектины, встроив в геном бактерий модифицированные гены лектина. Используя эту методику, они синтезировали 13 белков, структура которых, на первый взгляд, не отличается от природных. Однако они изменили количество сайтов связывания сахаров и расстояние между ними. Эти два фактора, очевидно, являются определяющими для абсорбции и эффектов неолектинов. Сначала новые белки были протестировали на поверхностях со связанными с ними сахарами, а затем на больших синтетических везикулах – пузырьках из жирных кислот, известных как липосомы, – структура которых имитировала клеточную мембрану. Во всех экспериментах исследователи находили неолектины с особенно хорошими свойствами связывания и пришли к выводу: для формирования направленного внутрь изгиба мембраны она должна находиться на определенном расстоянии от связывающих сахар карманов. Но количество связей тоже играет важную роль: чтобы неолектин был быстро поглощен клеткой, необходимо хотя бы две связи. Другими словами, в то время как авидность (прочность связи) зависит только от присутствия, по меньшей мере, двух сайтов связывания, способность выгибать и инвагинировать мембрану критически зависит от расстояния между двумя соседними сайтами связывания.

Оригинальная статья:

Membrane Deformation by Neolectins with Engineered Glycolipid Binding Sites