Химические вещества не дают коллагену распадаться
Исследование ученых из Университета Саймона Фрейзера выявило механизм, обеспечивающий стабильность коллагена IV, несмотря на его склонность к распаду при физиологических температурах.
Коллаген — один из ключевых белков, формирующий каркас соединительной ткани: кожи, костей, хрящей и сухожилий. Он обеспечивает поддержку клеткам, способствуя их росту и функционированию. Однако, несмотря на важную роль в организме, коллаген нестабилен при температуре тела. Команда биофизиков под руководством профессора Нэнси Форд из Университета Саймона Фрейзера обнаружила, как именно коллагену типа IV удаётся сохранять свою структуру.
Коллаген IV отличается от других типов коллагена тем, что его структура нарушена — в последовательности отсутствует каждая третья аминокислота глицин. Это делает белок более гибким, но снижает его способность к стабильному образованию тройной спирали. Тем не менее, в организме коллаген IV остаётся целым. Ученые предположили, что эта парадоксальная устойчивость обусловлена внутренним молекулярным механизмом, предотвращающим полное расплетание цепей.
Исследовательская группа использовала атомно-силовую микроскопию для изучения структуры коллагена при различных температурах: от 4°C до 37°C. Эксперименты показали, что при температуре тела цепи коллагена расплетались, но не полностью — определённый участок оставался стабильным. Этот участок находился на расстоянии примерно 200–250 нанометров от так называемого NC1-домена (неколлагеновый домен 1), расположенного на одном из концов молекулы.
Бывший аспирант группы Алаа Аль-Шаер провёл серию экспериментов, установив, что в этой критически важной зоне располагаются остатки цистина — аминокислоты, образующей дисульфидные связи. Эти связи действовали как химические "скобы", удерживающие цепи белка вместе.
Каждая из трёх цепей коллагена IV содержала два остатка цистина, расположенных близко друг к другу. Образовав три дисульфидные связи, они сформировали устойчивую структуру, которую исследователи назвали «цистиновым узлом». Этот узел предотвращал полное расплетание тройной спирали при высокой температуре, позволяя молекуле сохранять форму и повторно сворачиваться при охлаждении.
Без этих дисульфидных связей молекулы коллагена разрушались значительно быстрее и не могли восстановиться. Более того, в процессе повторного сворачивания коллаген собирался не с того конца, как считалось ранее. Вместо классического направления от C-конца к N-концу, исследователи зафиксировали обратное — от N-конца к C-концу.
Это открытие противоречит устоявшимся представлениям о том, как происходит сворачивание коллагена. Биохимик из Университета Байройта Абишек Джалан, не участвовавший в исследовании, отметил, что обнаруженное направление рефолдинга ставит под сомнение роль домена NC1 как основной движущей силы процесса. Однако, по его словам, требуются дополнительные исследования, чтобы подтвердить или опровергнуть это наблюдение.
Джалан подчеркнул, что коллаген — один из самых сложных для изучения белков. Существует множество его типов, и универсального механизма сворачивания для всех форм до сих пор не выявлено. Он добавил, что помимо цистинового узла, на стабильность белка могут влиять и другие факторы, включая молекулы-шапероны и солевые мостики между цепями.
Работа группы Форд открывает новые горизонты в изучении молекулярной стабильности коллагена. Следующим шагом станет применение разработанного подхода к другим типам коллагена, в том числе проколлагену I. Учёные намерены выяснить, как мутации и химические модификации в структуре этих белков могут приводить к заболеваниям соединительной ткани.
Источник: www.the-scientist.com
Коллаген — один из ключевых белков, формирующий каркас соединительной ткани: кожи, костей, хрящей и сухожилий. Он обеспечивает поддержку клеткам, способствуя их росту и функционированию. Однако, несмотря на важную роль в организме, коллаген нестабилен при температуре тела. Команда биофизиков под руководством профессора Нэнси Форд из Университета Саймона Фрейзера обнаружила, как именно коллагену типа IV удаётся сохранять свою структуру.
Коллаген IV отличается от других типов коллагена тем, что его структура нарушена — в последовательности отсутствует каждая третья аминокислота глицин. Это делает белок более гибким, но снижает его способность к стабильному образованию тройной спирали. Тем не менее, в организме коллаген IV остаётся целым. Ученые предположили, что эта парадоксальная устойчивость обусловлена внутренним молекулярным механизмом, предотвращающим полное расплетание цепей.
Исследовательская группа использовала атомно-силовую микроскопию для изучения структуры коллагена при различных температурах: от 4°C до 37°C. Эксперименты показали, что при температуре тела цепи коллагена расплетались, но не полностью — определённый участок оставался стабильным. Этот участок находился на расстоянии примерно 200–250 нанометров от так называемого NC1-домена (неколлагеновый домен 1), расположенного на одном из концов молекулы.
Бывший аспирант группы Алаа Аль-Шаер провёл серию экспериментов, установив, что в этой критически важной зоне располагаются остатки цистина — аминокислоты, образующей дисульфидные связи. Эти связи действовали как химические "скобы", удерживающие цепи белка вместе.
Каждая из трёх цепей коллагена IV содержала два остатка цистина, расположенных близко друг к другу. Образовав три дисульфидные связи, они сформировали устойчивую структуру, которую исследователи назвали «цистиновым узлом». Этот узел предотвращал полное расплетание тройной спирали при высокой температуре, позволяя молекуле сохранять форму и повторно сворачиваться при охлаждении.
Без этих дисульфидных связей молекулы коллагена разрушались значительно быстрее и не могли восстановиться. Более того, в процессе повторного сворачивания коллаген собирался не с того конца, как считалось ранее. Вместо классического направления от C-конца к N-концу, исследователи зафиксировали обратное — от N-конца к C-концу.
Это открытие противоречит устоявшимся представлениям о том, как происходит сворачивание коллагена. Биохимик из Университета Байройта Абишек Джалан, не участвовавший в исследовании, отметил, что обнаруженное направление рефолдинга ставит под сомнение роль домена NC1 как основной движущей силы процесса. Однако, по его словам, требуются дополнительные исследования, чтобы подтвердить или опровергнуть это наблюдение.
Джалан подчеркнул, что коллаген — один из самых сложных для изучения белков. Существует множество его типов, и универсального механизма сворачивания для всех форм до сих пор не выявлено. Он добавил, что помимо цистинового узла, на стабильность белка могут влиять и другие факторы, включая молекулы-шапероны и солевые мостики между цепями.
Работа группы Форд открывает новые горизонты в изучении молекулярной стабильности коллагена. Следующим шагом станет применение разработанного подхода к другим типам коллагена, в том числе проколлагену I. Учёные намерены выяснить, как мутации и химические модификации в структуре этих белков могут приводить к заболеваниям соединительной ткани.
Источник: www.the-scientist.com
