Ученые расшифровали молекулу, которая придает гибкость тканям

Ученые расшифровали молекулу, которая придает гибкость тканям

Под действием протеиновой молекулы под названием тропоэластин живые ткани могут растягиваться, сжиматься, расширяться, изгибаться на протяжении всей жизни, — пишет eurekalert.org.

Примечательно, что сама молекула может растягиваться до восьми раз ее длины и всегда возвращается к первоначальному размеру.

Теперь исследователи расшифровали молекулярную структуру этой сложной молекулы, а также детализировали, какие генетические ошибки могут заставить ее работать неправильно.

Тропоэластин является молекулой-предшественником эластина, которая наряду со структурами, называемыми микрофибриллами, является ключевой для гибкости тканей, включая кожу, легкие и кровеносные сосуды. Но молекула сложна, состоит из 698 аминокислот в последовательности и заполнена неупорядоченными областями, поэтому раскрытие ее структуры было серьезной проблемой для науки.

Эта задача была решена группой исследователей, которые использовали комбинацию молекулярного моделирования и экспериментального наблюдения для построения молекулярной структуры атом за атомом. Результаты появляются на этой неделе в Трудах Национальной академии наук в статье Маркуса Булера, профессора по инженерному делу Джерри МакАфи и начальника отдела гражданской и экологической инженерии Массачусетского технологического института; Анна Тараканова, кандидат филологических наук, 17; и три других в Университете Сиднея и Манчестерском университете.

«Структура тропоэластина неуловима», — сказала Анна Тараканова – постдок Массачусетского технологического института. Традиционных методов характеристики было недостаточно для декодирования этой молекулы, «потому что она очень большая, неупорядоченная и динамическая». Но сочетание компьютерного моделирования и экспериментальных наблюдений, которые использовала команда, «позволило нам полностью предсказать атомистическую структуру молекулы», — говорит она.

Исследование показало, что разные болезнетворные мутации в одном гене, который контролирует образование тропоэластина, изменяют жесткость и динамические реакции молекулы, что в конечном итоге может помочь в разработке методов лечения или принятии контрмер для этих состояний. Другие «искусственные» мутации, вызванные исследователями, которые не соответствуют каким-либо известным природным мутациям, могут быть использованы для лучшего понимания функции конкретной части гена, затронутого этой мутацией.

«Мы заинтересованы в определении конкретного региона молекулы для понимания функции этого региона, — говорит Анна Тараканова. — Помимо придания эластичности молекула играет ключевую роль в передаче сигналов внутри клетки и в клеточной адгезии, влияя на клеточные процессы, которые приводятся в движение взаимодействием со специфическими последовательностями внутри молекулы».

В исследовании также были рассмотрены конкретные изменения в молекуле тропоэластина, вызванные известными заболеваниями, такими как cutis laxa, в которых кожа не обладает эластичностью и свободно висит. «Мы показали, что точечная мутация, связанная с этим заболеванием, вызывает изменения в молекуле, которые имеют последствия — механизм заболевания на самом деле связан с изменениями на молекулярном уровне», — объяснила Анна Тараканова.

«Понимание структуры этой молекулы важно не только в контексте болезни, — говорит Маркус Бюлер, — но также может позволить использовать полученные знания в синтетических полимерах, которые могут быть спроектированы для удовлетворения определенных инженерных потребностей. Баланс порядка и беспорядка в контексте желаемых свойств может открыть двери для новых дизайнерских материалов».

Метод, который они использовали для расшифровки структуры молекулы тропоэластина, основан на компьютерном моделировании и молекулярной динамики. Раньше этот метод использовался только для изучения более простых молекулярных структур. «Это первая работа, в которой мы показали, что способ может быть использован для сильно неупорядоченной молекулы размером с тропоэластин…».

Теперь стало понятно, что этот метод может быть применен для понимания других крупных сложных молекул с высокой степенью неупорядоченности.

Оставить комментарий

Вы можете использовать HTML тэги: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>