Новый метод создания белков предотвращает неправильное сворачивание

Белки, являющиеся фундаментальными строительными блоками жизни, выполняют множество критически важных функций, от поддержания клеточной структуры до катализа биохимических реакций. Их функциональное разнообразие во многом определяется посттрансляционными модификациями, среди которых особое место занимает сплайсинг белков — процесс удаления интеинов (некодирующих последовательностей) из пептидной цепи для обеспечения правильного сворачивания и активности белка.

Сплит-интеины и их лабораторные проблемы

Группа исследователей под руководством профессора Хеннинга Моотца и аспиранта Кристофа Хумберга из Мюнстерского университета сосредоточилась на изучении сплит-интеинов — особого класса интеинов, состоящих из двух раздельных фрагментов, которые впоследствии соединяются для осуществления сплайсинга.

Эти интеины представляют значительный интерес для биотехнологии, поскольку позволяют объединять отдельные части белка, полученные разными методами (например, синтезированные химически или экспрессированные в клетках млекопитающих и бактерий). Однако в лабораторных условиях сплит-интеины часто демонстрируют низкую эффективность, что ограничивает их применение.

Причины низкой эффективности и решение

Исследователи изучили Aes-интеин, который обладает уникальным каталитическим механизмом, делающим его перспективным для биотехнологических применений. Однако при экспрессии в бактериальных клетках его фрагменты формировали неактивные белковые агрегаты из-за неправильного сворачивания. Используя методы хроматографии и биофизического анализа, команда выявила, что ключевой проблемой была нестабильность одного из фрагментов, приводящая к его агрегации.

С помощью биоинформатического анализа были идентифицированы конкретные аминокислотные остатки, ответственные за неправильное сворачивание. Затем исследователи применили направленный мутагенез, внося точечные изменения в структуру фрагмента интеина. Эти модификации позволили практически полностью подавить образование агрегатов, значительно повысив эффективность сплайсинга.

Значение исследования для науки и биотехнологии

Данная работа отвечает на давний вопрос о причинах низкой производительности сплит-интеинов в лабораторных условиях и предлагает практическое решение для их стабилизации. Это открывает новые возможности для:

• Синтеза сложных химерных белков, которые невозможно получить традиционными методами.
• Биомедицинских применений, включая создание модифицированных терапевтических белков.
• Фундаментальных исследований механизмов сворачивания и стабильности белков.

Публикация в Nature Communications подчеркивает значимость этого исследования, которое не только углубляет понимание сплайсинга белков, но и предлагает инструменты для более эффективного использования интеинов в биотехнологии и медицине.