Když se proteiny chovají jako špagety na talíři

CEITEC MUNI přispívá k nastavení mezinárodního standardu pro výzkum vnitřně neuspořádaných proteinů

Ještě přibližně před dvaceti lety je vědci považovali za „experimentální problém“ nebo „artefakty“, protože byly příliš chaotické a nesplňovaly tehdejší představu o proteinech se stabilní 3D strukturou, která určovala jejich funkci. Dnes výzkum vnitřně neuspořádaných proteinů (IDP) patří k nejrychleji se rozvíjejícím oblastem molekulární biologie. 

Překvapivě zhruba třetina všech proteinů v našem těle patří do této kategorie a hrají zásadní roli v tom, jak buňky fungují. Jenže mají jednu vlastnost, která dlouho bránila jejich výzkumu: nemají pevnou strukturu a neustále mění tvar. A právě proto zůstávaly tak dlouho přehlíženy.

Proteiny, pro něž pravidla běžné biologie neplatí

Většina známých proteinů funguje jako dokonale navržené molekulární stroje, které mají přesně daný tvar a s ním související zřejmou funkci. Neuspořádané proteiny jsou však jiné – chovají se spíše jako špagety než jako tradiční proteinové „stroječky“. Nelze je krystalizovat, špatně se zobrazují elektronovým mikroskopem a zdánlivě popírají strukturní principy biochemie.

To ale neznamená, že by byly méně důležité. Naopak – zasahují do regulace genové exprese, buněčné signalizace i do procesů, jejichž narušení stojí za rakovinou nebo neurodegenerativními onemocněními. Příkladem může být alfa-synuklein. Tento protein sám pevně danou strukturu nemá a podle situace je schopen nabývat různých tvarů. Jeden z nich je i nežádoucím průvodcem pacientů trpících Parkinsonovou chorobou, které si každý rok 11. dubna připomínáme. Abychom chování proteinů jako alfa-synuklein porozuměli, potřebujeme při jejich studiu zcela nové přístupy.

Brněnská expertiza v mezinárodní mozaice

Výzkumníci Pavel Kadeřávek a Lukáš Žídek z CEITEC Masarykovy univerzity (MUNI) jsou součástí rozsáhlé mezinárodní komunity zahrnující více než třicet světových institucí, která navrhla ucelený rámec pro to, jak tyto neuchopitelné proteiny studovat. Její doporučení publikované v prestižním časopise Nature Methods shrnuje současné experimentální i výpočetní metody a stanovuje společný „jazyk“, který umožní vědcům srovnávat data, kombinovat techniky a postupovat jednotně.

CEITEC MUNI hraje v této oblasti důležitou roli díky své špičkové expertize v nukleární magnetické spektroskopii (NMR) a výpočetním metodám, které patří k málu technik schopných nahlédnout do chování těchto flexibilních proteinů.

„Dlouho se věřilo, že protein bez pevné struktury nemůže fungovat. Nyní víme, že takových proteinů je v našem těle obrovské množství – a vykonávají některé z nejdůležitějších regulačních funkcí,“ vysvětluje Lukáš Žídek z Národního NMR centra Josefa Dadoka na CEITEC MUNI. „Jen je musíme zkoumat jinak.“

Proč se budoucí medicína neobejde bez neposedných proteinů

Lépe pochopit vnitřně neuspořádané proteiny znamená lépe chápat, jak vznikají některé typy rakoviny, proč dochází k patologickému shlukování proteinů, například u Alzheimerovy a Parkinsonovy choroby, nebo jak navrhovat nové léky, které mohou cílit na proměnlivé molekuly.

Nový mezinárodní rámec pomůže vědě postupovat jednotně, rychleji a spolehlivěji. A české pracoviště CEITEC MUNI je u toho.

CEITEC: Když se proteiny chovají jako špagety na talíři: Uspořádaná část proteinu – „hlavička“ – s připojenou vlnící se neuspořádanou částí.CEITEC: Když se proteiny chovají jako špagety na talíři: Atomární složení vnitřně neuspořádaného proteinu.CEITEC: Když se proteiny chovají jako špagety na talíři: Chemické vazby mezi atomy – modře v uspořádané části a červeně v neuspořádané části.CEITEC: Když se proteiny chovají jako špagety na talíři: Pohyb proteinu znázorněný překrývajícími se snímky.