Белки теплового шока (Hsp) вырабатываются клетками, которые подвергаются стрессовым условиям. Семейство Hsp разнообразно, и довольно много белков функционируют как шапероны. Это означает, что они помогают другим белкам правильно складываться (или повторно складываться после повреждения). "Эти белки могут способствовать сворачиванию тысяч различных белков.
С этой целью они используют ко-шапероны со специфической связывающей способностью », – объясняет Патрик ван дер Вел, доцент кафедры твердотельной ЯМР-спектроскопии в Университете Гронингена.
Заказал
Один класс белков теплового шока, Hsp40, помогает подавлять белковые агрегаты, подобные тем, которые появляются при болезни Хантингтона. Эти белки Hsp40 бывают разных видов, и некоторые из них будут специфически связываться с агрегированными белками с большим количеством повторяющихся аминокислот глутамина, например, дефектный белок, обнаруживаемый при болезни Хантингтона.
Один из этих белков Hsp40 называется DnaJB8, и это был белок, изученный Ван дер Велом и его коллегами.
«Чтобы понять действие DnaJB8, нам нужно знать, как он выглядит», – говорит Ван дер Вел. Однако решить структуру этого типа белка сложно. «Он выглядит как димер или олигомер, поэтому некоторые из этих белковых единиц работают вместе, но их структура на самом деле не упорядочена», – продолжает он. Это делает невозможным использование стандартных методов, которые требуют упорядоченных структур.
Атомы углерода
Коллеги из Техасского университета попросили Ван дер Вела помочь решить эту проблему. Van der Wel специализируется на твердотельной ЯМР-спектроскопии, технологии, которая может измерять, как атомы связаны друг с другом. Проще говоря, сигналы ЯМР двух связанных атомов углерода в DnaJB8 зависят от того, как они взаимодействуют с другими атомами в молекуле.
Следовательно, измеренный спектр атомов углерода может показать, в какой аминокислоте они расположены. Такую информацию можно использовать, чтобы получить представление о структуре белка, даже если она неупорядочена.
Белок DnaJB8 состоит из разных доменов с разными функциями. Посредством серии экспериментов Ван дер Вел смог определить, какие домены застряли внутри белка DnaJB8, а какие доступны снаружи.
Эксперименты показали, что так называемый J-домен DnaJB8 может переключаться между зависанием и доступностью. Это важно, потому что эта часть белка DnaJB8 отвечает за включение белка Hsp70, который может предотвратить образование агрегатов белка. Другими словами, похоже, в DnaJB8 есть «переключатель», который контролирует это взаимодействие с Hsp70. Интересно, что этот переключатель был обнаружен в домене DnaJB8, точная роль которого ранее была неясна.
Гипотеза
«Таким образом, наша гипотеза, основанная на структуре, заключалась в том, что DnaJB8 неактивен, пока не связывается с дефектными белками, а затем привлекает Hsp70», – говорит Ван дер Вел. Серия симуляций и экспериментов в Техасском университете подтвердила эту идею и дала подробную модель того, как эти белки работают вместе.
DnaJB8 – это белок, который в основном содержится в семенниках. Однако очень похожий белок под названием DnaJB6 присутствует в головном мозге, поражающем болезнь Хантингтона.
Кажется более чем вероятным, что этот белок действует аналогичным образом, когда защищает от белков, богатых глутамином, которые накапливаются в клетках мозга пациентов. «Это может занять еще много лет, но теперь, когда мы понимаем, как работает этот процесс, он может помочь нам найти способ повысить активность DnaJB6, который может уменьшить количество белковых агрегатов, вызывающих болезнь», – заключает Ван дер Вел.