Описана структура комплекса, регулирующего работу одного из ацетилхолиновых рецепторов в мембране нервных клеток
Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН совместно с исследователями из МГУ имени М.В. Ломоносова и Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова описали структуру молекулярного комплекса, образующегося при взаимодействии никотинового ацетилхолинового рецептора и белка из семейства 14-3-3. Подобные взаимодействия лежат в основе передачи и восприятия сигналов между нервными клетками, а значит обеспечивают правильную работу нервной системы. Результаты исследования опубликованы в журнале Biochemical and Biophysical Research Communications. Исследование выполнено в рамках проекта федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и поддержано национальным проектом «Наука и университеты».
В мембранах нервных клеток есть различные типы рецепторов, которые обеспечивают передачу тех или иных сигналов. Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы активируются ацетилхолином и никотином и участвуют в пластичности нейронов и формировании памяти. Если структура этих рецепторов нарушается, у человека могут возникнуть различные нейропатологии.
Исследования показали, что никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (н-холинорецепторы) вовлечены в целый ряд взаимодействий с внутриклеточными белками и подвергаются различным химическим модификациям, регулирующим такие взаимодействия. Так, например, фермент протеинкиназа «навешивает» на них фосфатный остаток, и именно в таком — фосфорилированном — состоянии с рецептором начинают взаимодействовать белки семейства 14-3-3. Однако до сих пор не до конца ясно, как именно происходит этот процесс и какие участки связывания на рецепторе отвечают за него.
Чтобы понять процесс регуляции никотиновых ацетилхолиновых рецепторов, которые отвечают за правильную работу нервной системы, коллектив ученых из ФИЦ Биотехнологии РАН, МГУ имени М.В. Ломоносова, Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова и других научных организаций провел исследования, которые помогли описать структуру молекулярного комплекса, образующегося при взаимодействии никотинового ацетилхолинового рецептора и белка из семейства 14-3-3.
Авторы научной работы продемонстрировали, что фосфорилированные рецепторы действительно взаимодействуют с белками 14-3-3, образуя комплекс, который был проанализировн в состоянии замороженных кристаллов с использованием криогенной электронной микроскопии. С помощью полученных данных было показано, что н-холинорецепторы в комплексе с 14-3-3 сохраняют свое пентамерное состояние, однако не было очевидно, какие именно аминокислотные остатки н-холинорецептора узнаются и связываются белками 14-3-3.
Чтобы идентифицировать участок, по которому 14-3-3 узнают рецептор, исследователи провели биоинформатический анализ его аминокислотной последовательности. Наиболее вероятным для узнавания оказался участок вокруг остатка серина-365, аминокислотная последовательность которого хорошо соответствует мотиву узнавания 14-3-3 и который, по данным литературы, подвергается фосфорилированию in vivo.
Для того, чтобы более детально изучить молекулярные основы взаимодействия между 14-3-3 и н-холинорецептором, ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН под руководством д.б.н. Н.Н. Случанко, сконструировали «химерный» белок, состоящий из 14-3-3 и «слитого» с ним фрагмента рецептора, содержащего в центральном положении остаток серина-365. Авторам удалось определить отдельные аминокислотные остатки, которые «запускали» образование данного комплекса и установить его структуру с высоким разрешением.
«Наше исследование раскрывает ранее неизвестные нюансы регуляции никотиновых ацетилхолиновых рецепторов, которые, судя по всему, играют важную роль в нормальном функционировании нервной системы млекопитающих. С практической точки зрения знать, как организован описанный нами молекулярный комплекс между рецептором и белком 14-3-3 важно, поскольку потенциально его можно использовать в качестве мишени для подбора лекарственных препаратов, направленных на лечение патологий нервной системы», – отметила Кристина Тугаева, младший научный сотрудник ФИЦ Биотехнологии РАН.
Источник информации и изображения: ФГУ «Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» РАН»