«С трехмерной структурой, которую мы решили вниз к уровню атомов, мы можем сказать больше о том, как белок муковисцедоза обычно работает, и визуализируйте, как это становится измененным в пациентах», говорит ведущий автор Цзюэ Чэнь, профессор Уильяма Э. Форда и глава Лаборатории Мембранной Биологии и Биофизики.Чен и первый автор Чжэ Чжан, postdoc в ее лаборатории, планировали местоположения вызывающих болезнь мутаций в структуре и показали уязвимое место в белке, который кажется ответственным за многие случаи болезни. «Исследуя, что идет не так, как надо здесь и на других местах, мы надеемся, что может стать возможно разработать лечение, которое исправляет эти ошибки», говорит Чжан.Молекулы на льду
Рассматриваемый белок, муковисцедоз трансмембранный регулятор проводимости (CFTR), формирует канал на поверхностях клеток, который позволяет частицы хлорида, компонент соли, чтобы пройти через клеточную мембрану. Поскольку распределение соли затрагивает движение воды, разрушение к каналу обезвоживает слизь, выравнивающую определенные органы – включая легкие, где накопление густой слизи может позволить бактериям процветать и потенциально приводить к опасным для жизни осложнениям.До сих пор ученые определили сотни мутаций в гене CFTR, который может вызвать эту болезнь.
К настоящему времени не было совершенно ясно, как эти ошибки вмешиваются в канал, так как исследователи были неспособны определить его структуру.Основная проблема состояла в том, что CFTR сопротивлялся усилиям ученых превратить его в кристаллы – существенный шаг в стандартном методе для определения структуры молекулы. Таким образом вместо этого, Чен и Чжан использовали продвинутую технику, известную как криоэлектронная микроскопия, в которой молекулы заморожены во льду, не будучи должен быть превращенными в кристаллы.С современным оборудованием, установленным в Информационном центре Микроскопии Криоэлектрона Зыби Эвелина Грасса Рокфеллера в 2014, Чен и Чжан сняли почти миллион молекул CFTR, замороженных в тонком слое льда.
Собирая двумерные снимки, они создали первую полную трехмерную структуру белка муковисцедоза.Открытие двериВ структуре, которая напоминает прищепку, включенную в защитной мембране клетки, исследователи видели проблеск механики, которой канал открывается и закрывается. Они включали первый проблеск таинственного куска CFTR, известного как область R. Это сидит между зубцами прищепки, сохраняя канал закрытым, предотвращая нормальное движение зубцов.
«Наблюдение, первый проблеск целой молекулы чувствовал себя подобно привилегии», говорит Дэвид Гэдсби, Семейный профессор Патрика А. Джершеля в Рокфеллере и главе Лаборатории Сердечной и Мембранной Физиологии. Гэдсби, который изучал белок CFTR в течение 25 лет, не был непосредственно вовлечен в определение структуры, но помог Чену, и Чжан интерпретируют их результаты. «Это было фантастически», говорит он. «Именно, как будто Мать природа наконец открылась, дверь долго закрывалась».Отображение мутаций
В новой структуре Чжан и Чен точно определили 46 мест, которые изменены вызывающими болезнь мутациями. Появилась поразительная тенденция: Одна половина канала имела еще многие из этих ошибок, чем другой, включая одно ответственное за 70 процентов случаев болезни. Контроль карты показал, что эта часть белка содержит слабый сустав, более уязвимый для разрушения.
«Мы думаем, что это – хорошее место, чтобы начать искать способы лечить муковисцедоз в его источнике», говорит Чен, который является также Говардом Хьюзом Медицинский следователь Института. «Если бы я был биохимиком, разрабатывающим лекарства, я искал бы что-то, что могло бы действовать немного как клей, чтобы усилить это слабое место в белке».