Ученые из Новосибирского государственного университета (НГУ) и их коллеги дополнили рентгеноструктурный анализ белков эволюционной информацией об истории изменений данных веществ. В результате удалось лучше понять, как работают белки, и обнаружить новые важные для функциональности участки. Работа опубликована в журнале DNA Repair.

При исследовании белков ученые часто используют метод рентгеноструктурного анализа, который позволяет определить строение молекулы с точностью до положения каждого атома. Получается своего рода моментальный снимок, однако он дает лишь статичный образ белковой молекулы. Как по фотографии сидящего человека непросто восстановить картину движения в прыжке, так и в случае снимка биологической молекулы нельзя полностью понять процесс ее работы.

«Мы добавили в рентгеноструктурный анализ эволюционную информацию, — поясняет руководитель исследования Дмитрий Жарков из НГУ. — За миллионы лет аминокислотные остатки в белках медленно изменяются. Такие случайные мутации влекут за собой другие замены для того, чтобы работоспособность молекулы сохранялась. Мы рассчитали, какие именно аминокислоты изменяются, и наложили карту изменений на структуру белка. Таким образом нам удалось установить, какие взаимодействия внутри белковой молекулы важны для ее функций, чего нельзя понять из одной структуры».

Ученые применили новый подход к анализу структуры фермента кишечной палочки, который называется формамидопиримидин-ДНК-гликозилазой (Fpg). Этот фермент участвует в защите ДНК от окисления и предотвращает мутации. В результате дополнения рентгеноструктурного анализа удалось обнаружить два ранее неизвестных участка, критически важных для работы фермента: один отвечает за изменение его структуры при связывании окисленной ДНК, а второй нужен, чтобы белковая молекула не разворачивалась при температуре человеческого тела, при которой живет кишечная палочка.

Структура изученного белка. A. Endutkin et al./DNA Repair

Белок из кишечной палочки был выбран новосибирскими учеными, потому что у человека в клетках есть три белка, подобных Fpg, которые защищают наш геном. Мутации в них повышают риск рака и нейродегенеративных заболеваний. Новые данные позволят уточнить персонализированные предсказания риска для людей с разными вариантами этих генов.