Исследователи из Дальневосточного федерального и Корнеллского университетов построили модель, которая описывает поведение WW-домена белка FBP28. Также ученые пролили свет на механизм работы белков, нарушения которого являются причиной различных заболеваний, в том числе нейродегенеративных и онкологических. Статья ученых опубликована в The Journal of Physical Chemistry.

Создать новую модель исследователям помогла теория солитонов. По-другому их называют нелинейными волнами. В отличие от обычных волн они сохраняют свою форму при распространении, что, например, обуславливает разрушительную силу цунами. Исследователи выдвинули предположение, что стабильность белков имеет ту же природу, а значит, их структуру тоже можно описать через набор солитонов.

Ученые исследовали домен WW белка FBP28, чтобы лучше понять его функции и механизм работы. Авторы выяснили, как замена отдельных аминокислот в этом соединении может приводить к перестройке всей структуры белка, и какие последствия это повлечет. Например, если WW-домен имеет неправильную структуру или вовсе несфомирован, это может привести к увеличению размеров органов — мегалии.

«Мы хотели понять, какие именно мутации приводят к неправильному сворачиванию белков и как нужно изменить эти молекулы, чтобы исправить ошибки. Ответив на эти вопросы, мы сможем улучшить терапию не только нейродегенеративных заболеваний, но и диабета второго типа, онкологии и врожденных болезней, которые связаны с генетическими повреждениями», — рассказывает один из исследователей, заведующий лабораторией физики живой материи Школы биомедицины ДВФУ Александр Молочков.

Проблема состоит в том, что нет очевидной связи между изменением отдельных аминокислот в последовательности и мутацией всего белка, исход которой предсказать сложно. Поэтому для такого моделирования ученые используют компьютеры с высокой производительностью и методы молекулярной динамики. Однако такой метод не работает, если в белке находится два десятка аминокислот, потому что для этого не хватает никаких вычислительных мощностей. Чтобы решить эту проблему, авторы нового исследования решили применить теорию солитонов, которая обычно используется для моделирования нелинейных явлений — от структуры элементарных частиц до цунами.

С помощью этой теории исследователи надеются создать методы предсказательного моделирования поведения белков, которые окажут сильное влияние на фармакологию и помогут лучше узнать механизмы работы многих клеточных процессов. Также авторы планируют применить метод для улучшения контролируемого фолдинга и анфолдинга белков. В будущем это может позволить заставить группу белков уничтожать вирус, сворачиваясь определенным образом. Это один из примеров борьбы с оболочечными вирусами, к которым относятся Эбола, СПИД и SARS-CoV-2, который вызвал пандемию COVID-19.

Исследования фолдинга/анфолдинга белков можно будет использовать для запуска управляемых мутаций в человеческом организме, чтобы излечить врожденные заболевания, причиной которых становится неправильная работа одного из белков, что всегда связано с изменениями в ДНК.