Dr Mariusz Jaremko i dr Łukasz Jaremko, laureaci programów START i VENTURES Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, wraz z badaczami z Niemiec, dzięki zastosowaniu nowatorskiej metody badawczej po raz pierwszy zaobserwowali proces rozpadu białka. Poznanie tego mechanizmu może pomóc w pokonaniu m.in. choroby Alzheimera. Wyniki badań opublikował prestiżowy Nature Chemical Biology.
Białka występują we wszystkich organizmach żywych i wirusach. Aby poprawnie funkcjonować, pojedyncze łańcuchy białek zwijają się i łączą, tworząc złożone, trójwymiarowe struktury, które, w dużym uproszczeniu, przypominają skłębione, bożonarodzeniowe łańcuchy choinkowe. Gdy proces ?zwijania? białek przebiega prawidłowo, wówczas białka zyskują funkcje biologiczne i dobrze wypełniają swoje zadania. Czasami jednak cząsteczka białka się psuje ? rozwija się albo nadmiernie fałduje ? i traci poprawny kształt. Białka nie funkcjonują wtedy dobrze i, w niektórych przypadkach, tworzą nierozpuszczalne, toksyczne grudki, które uszkadzają komórki i mogą wywoływać poważne choroby, takie jak m.in. choroba Alzheimera czy Parkinsona.
Jedno z najważniejszych pytań w naukach biologicznych i medycynie brzmi więc: ?w jaki sposób białka uzyskują lub tracą swoją trójwymiarową strukturę??.
Odpowiedzi naukowcy poszukiwali już od dawna, testując różne metody (wykorzystujące ciepło i ciśnienie), dzięki którym można byłoby zaobserwować proces destrukcji białka. Jednak żadna z nich nie przyniosła rezultatu ? albo dlatego, że proces rozpadu przebiegał zbyt szybko i nie można było go dobrze uchwycić, albo dlatego, że pośrednie formy, które powstawały podczas procesu rozpadu białka, były zbyt krótkotrwałe.
Zagadkę rozwiązali dopiero badacze z Instytutu Chemii Biofizycznej Maxa Plancka (MPIbpc) i Niemieckiego Ośrodka Chorób Neurodegeneracyjnych (DZNE) w Getyndze we współpracy z naukowcami z Polskiej Akademii Nauk w Warszawie i Uniwersytetu Warszawskiego. Zastosowali oni nowatorską metodę, polegającą na wykorzystaniu niskich temperatur, dzięki której udało im się po raz pierwszy ?sfilmować? złożony proces fałdowania białka. Naukowcy uwidocznili ? w rozdzielczości atomowej ? jak białko postępująco ?traci swój kształt?. Jako obiekt badań zostało wybrane białko CylR2, które jest kluczowe dla produkcji toksyny u Enterococcus faecalis, patogenu często występującego w szpitalach, gdzie zakaża zwłaszcza pacjentów ze słabym układem odpornościowym. Ale nie był to jedyny powód, dla którego białko to zainteresowało badaczy. Jakiś czas temu naukowcom pracującym ze Stefanem Beckerem w MPIbpc ? współautorem najnowszego odkrycia – udało się wyjaśnić jego strukturę, która wskazuje, że jego trójwymiarowa budowa czyni CylR2 szczególnie obiecującym obiektem badań naukowych. CylR2 jest względnie małym białkiem, składającym się z dwóch identycznych podjednostek. Dało to nam wielką szansę uwidocznienia poszczególnych etapów procesu jego rozwijania się w probówce testowej – mówią chemicy Mariusz i Łukasz Jaremko.
Grupa Stefana Beckera wykonała pierwszy krok: przygotowanie wystarczającej ilości białka w laboratorium. Następnie, dwóch chemików ochładzało białko sukcesywnie od 25°C do -16°C i badało jego formy pośrednie metodą spektroskopii NMR. Osiągnęli oni to, co mieli nadzieję osiągnąć: ich ?klip filmowy? ukazuje, w rozdzielczości atomowej, jak białko stopniowo się rozwija. Biolog strukturalny Markus Zweckstetter z Niemieckiego Ośrodka Chorób Neurodegeneracyjnych, współtwórca odkrycia, opisuje dokładnie to, co zachodzi w tym procesie – Wyraźnie widzimy jak białko CylR2 ostatecznie dzieli się na swoje dwie podjednostki. Pojedyncza podjednostka jest początkowo względnie stabilna. Przy dalszym ochładzaniu, białko kontynuuje rozwijanie się i w temperaturze -16?C jest niezwykle niestabilne i dynamiczne. Ta niestabilna forma białka stanowi zalążek fałdowania i może także ?wyzwolić? nieprawidłowe fałdowanie.
Najnowsze odkrycia polskich i niemieckich naukowców mogą pomóc uzyskać głębszy wgląd w to, jak białka przyjmują swoją strukturę przestrzenną i dlaczego formy pośrednie niektórych białek fałdują się nieprawidłowo w przypadku choroby.