Language
Country/Area
No result found
От противовирусных препаратов до деления клеток: каковы неожиданные роли сопряженных спиралей в биологии?
Сопряженная спираль — структурная особенность белков, состоящая из 2–7 альфа-спиралей, скрученных вместе наподобие веревки. Эта структура встречается примерно в 5–10% белков и имеет множество функций. Являясь одним из наиболее подробных описаний белок-белковых взаимодействий, сопряженные спирали играют незаменимую роль в биологических исследованиях.
Процесс открытия
Концепция сопряженной спирали когда-то вызвала споры при изучении α-кератина. Лайнус Полинг и Фрэнсис Крик пришли к такому выводу независимо и почти в одно и то же время. Летом 1952 года Полин посетил лабораторию Крика в Англии, и они обменялись мнениями по различным темам. Когда Крик спросил Полинга, рассматривал ли он когда-нибудь возможность сопряженных спиралей, Полинг ответил, что рассматривал. Вернувшись в США, Полин продолжил свои исследования в этой области и в октябре представил большую рукопись в журнал Nature.
«Исследования сопряженных спиралей выявляют глубокую связь между структурой белка и его функцией».
Крик считал, что Полин списал его идеи, и через несколько дней отправил в Nature более короткую статью. В конце концов, после многократной переписки и споров, лаборатория Крика объявила, что обе стороны пришли к выводу независимо друг от друга и что никакой интеллектуальной кражи не произошло.
Молекулярная структура
Сопряженные спирали обычно содержат повторяющийся рисунок - hxxhcxc, который представляет собой повтор гидрофобных (h) и заряженных (c) аминокислотных остатков, известный как гептадный повтор. В последовательности гептадного повтора позиции a и d обычно заняты гидрофобными аминокислотами, такими как изолейцин, лейцин или валин. Эти повторяющиеся последовательности свернуты в альфа-спиральную структуру, где гидрофобные остатки из переплетенных альфа-спиралей выглядят как «полоса» и образуют амфипатическую структуру.
«Плотная упаковка сопряженных спиралей обеспечивает мощную термодинамическую движущую силу».
Альфа-спирали могут быть расположены в параллельных или антипараллельных направлениях и обычно принимают форму левозакрученной суперспирали. Хотя правозакрученные спирали встречаются редко, их можно наблюдать в небольших количествах как в природных, так и в сконструированных белках.
Биологические роли
Поскольку сопряженные спиральные структуры встречаются во многих белках, они помогают выполнять различные функции в клетке, главной целью которых является обеспечение взаимодействия между белками и поддержание их или их областей связанными. Характеристика этих функций включает в себя, среди прочего, слияние мембран, молекулярное распределение, маркировку олигомеров, подвижность везикул и клеточную архитектуру.
Слияние мембран
Сопряженный спиральный домен играет важную роль в ВИЧ-инфекции. Когда три субъединицы gp120 связываются с рецептором CD4 и основным рецептором, вирус проникает в CD4-положительные клетки. gp120 и gp41 связаны друг с другом силами Ван-дер-Ваальса. В конечном итоге последовательность пептида слияния на N-конце gp41 фиксируется на клетке-хозяине и посредством пружинно-часового механизма сближает вирусную и клеточную мембраны достаточно близко, чтобы способствовать слиянию.
Как молекулярный спейсер
Структура сопряженной спирали также может служить молекулярным разделителем внутри клеток, а ее длина в высокой степени консервативна. Функция этих спейсеров заключается в предотвращении нежелательных взаимодействий между белковыми областями или в опосредовании перемещения везикул внутри клетки. Примером может служить Omp-α у T. maritima.
Как олигомерный маркер
Благодаря своей специфической интерактивности сопряженные спирали могут использоваться в качестве «меток» для стабилизации или усиления определенных олигомерных состояний. Исследование показало, что сопряженные спиральные взаимодействия управляют полимеризацией субъединиц BBS2 и BBS7 BBSome.
Биомедицинские приложения
В последние годы сопряженные спирали использовались в качестве строительных блоков с простой конструкцией и разнообразными функциями при разработке многих наноструктур. Они имеют потенциальную ценность в таких областях, как доставка лекарств, регенерация тканей и сворачивание белков.
«Сопряженные спирали могут обеспечить стабильность и специфичность систем доставки лекарств, повышая терапевтическую эффективность».
Кроме того, используя олигомерную способность сопряженных спиралей, можно усилить экспозицию антигена в вакцинах, тем самым повысив их эффективность. Однако для преодоления проблем стабильности по-прежнему необходимы дальнейшие исследования и изыскания.
От стратегий противовирусного ответа до координации процессов деления клеток — нельзя игнорировать важность сопряженных спиралей в науках о жизни. В будущем потенциальные применения этой структуры могут помочь нам раскрыть больше тайн жизни. Вы готовы исследовать эту бесконечную возможность?
