Российские ученые впервые в мире с помощью специальной метки-датчика смогли напрямую измерить, как электрические силы внутри фермента помогают ему чинить поврежденную ДНК. Новый метод позволит изучать белки, нарушения в работе которых приводят к раку и другим серьезным заболеваниям, сообщили ТАСС в пресс-службе Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ) СО РАН.
© ТАСС
В основе работы любого живого организма лежат ферменты — белки, которые ускоряют химические реакции. Ключевую роль в этом ускорении играют электростатические взаимодействия, то есть силы притяжения и отталкивания между заряженными частицами. Фермент работает как высокоточный станок, а "детали", которые он обрабатывает, должны быть идеально подогнаны друг к другу. Электрические заряды помогают направлять молекулы-субстраты в нужное место, "включать" и "выключать" химические связи.
Как работает метка
"Разработан инновационный подход для изучения электростатических взаимодействий в ферментах, восстанавливающих поврежденную ДНК. Созданный метод с pH-чувствительной меткой можно применить к сотням других белков, работающих с ДНК, многие из которых очень важны для предохранения организма от онкологических заболеваний", — рассказали в пресс-службе.
Ученые ИХБФМ СО РАН работали вместе с коллегами из Новосибирского института органической химии (НИОХ) им. Н. Н. Ворожцова СО РАН.
"Наши коллеги синтезировали спиновую метку, которая чувствительна к кислотности среды, а мы пришили ее к ДНК прямо рядом с местом повреждения. Получился своеобразный молекулярный "микрофон", который в прямом смысле передает сигнал из центра событий: изменение зарядов вблизи метки меняет ее ответ на pH", — приводит пресс-служба слова академика Дмитрия Жаркова, заведующего лабораторией геномной и белковой инженерии ИХБФМ СО РАН.
Метка работает как индикатор кислотности, когда среда становится менее кислой, она меняет свое состояние — теряет часть электрических зарядов. На эту смену сильно влияют электрические силы вокруг метки. У метки есть два состояния: с зарядом и без заряда, и оба они реагируют на магнитное поле. Измеряя эти состояния, ученые могут делать выводы о процессах внутри молекулы, пояснила директор НИОХ СО РАН Елена Багрянская.
Ученые выяснили, что на работу фермента влияет кислотность среды. В кислой среде обычный фермент и его мутантная версия ведут себя совершенно одинаково и не проявляют активности. Но стоит кислотности стать такой же, как в организме человека, то в обычном ферменте запускается важный процесс, позволяющий чинить поврежденную ДНК.
Благодаря новому методу ученые впервые в мире смогли точно измерить разницу в электрических силах внутри этих двух вариантов фермента. Она составила около 30 милливольт. Этот же метод можно использовать для изучения других белков, работающих с ДНК, — например, белков семейства NEIL. Нарушения в их работе связаны с развитием рака, воспалительных заболеваний и проблем в развитии эмбриона.
Результаты исследования, поддержанного Российским научным фондом и Минобрнауки РФ, опубликованы в Journal of Physical Chemistry B: Condensed Matter, Materials, Surfaces, Interfaces and Biophysical.
