​Сотрудники Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН разрабатывают новый подход к локализации небольших молекул внутри мембранных белков.  Это фундаментальное исследование в перспективе может ускорить процесс создания фармакологических средств, прицельно и предсказуемо воздействующих на мембранные белки, участвующие в развитии многих недугов, включая рак, диабет, сердечно-сосудистые и нейродегенеративные заболевания.

Молодые ученые пытаются понять, как наиболее удачно присоединить к мембранному белку внешнюю молекулу (в идеале — лекарство). Отработку методики они ведут на белковых системах бактерий совместно с российскими и зарубежными коллегами.
 
Мембранные белки выделяются как основной класс возможных мишеней для терапии, поскольку именно они обеспечивают непосредственную передачу сигналов в живые клетки. «Количество мембранных белков среди известных белковых структур — около 2 %, несмотря на то, что они кодируются в среднем 1/3 генов и являются мишенью для порядка 2/3 существующих лекарств, — комментирует научный сотрудник ИХКиГ СО РАН кандидат физико-математических наук Николай Павлович Исаев. — Мы решили применить существующие методологические наработки в области электронного парамагнитного резонанса (ЭПР) и спиновых меток для обнаружения небольших молекул внутри мембранных белков».
 
В качестве спиновых меток ученые используют стабильные радикалы, в структуре которых есть неспаренный электрон, — нитроксилы. «Они могут годами оставаться активными и не вступать в химические реакции со всем подряд, как часто бывает с другими радикалами», — комментирует Николай Исаев. Направленно внедряя в нужное место белка аминокислоту цистеин с прикрепленной к ней спиновой меткой, исследователи могут увидеть область порядка одного нанометра вокруг этой метки с помощью методов магнитной спектроскопии. 
 
Основная сложность заключается в необходимости близкого прикрепления спиновой метки к центру связывания (участку, где происходит присоединение к белку другого вещества). «Дело в том, что метка может помешать внешней молекуле в присоединении, поскольку сопоставима с ней по размерам. Наша задача — детектировать молекулу и ее ориентацию в белке, не внося при этом искажений в сам центр связывания», — поясняет Николай Исаев.
 
Найти такую позицию ученые попытались методом перебора на трех белковых системах, представляющих собой «аминокислотные насосы», которые закачивают аминокислоты внутрь бактерии, снабжая ее пищей. Схожие структуры работают и в наших клетках.
 
На первой белковой системе исследователям не удалось с высокой точностью рассчитать позиции прикрепления меток. На середине проекта они подключили вторую систему, которая также показала результат не сразу. «Тогда мы стали искать другие пути, — рассказывает Николай Исаев, — и в тесном сотрудничестве с младшим научным сотрудником ФИЦ “Институт цитологии и генетики СО РАН” Никитой Владимировичем Иванисенко смогли разработать процедуру детального расчета места прикрепления спиновой метки, обеспечивающую и возможность присоединения внешней молекулы, и его последующее обнаружение меткой. Благодаря этой методике мы смогли с 30-й попытки обнаружить присоединенный субстрат на второй белковой системе, а на третьей нам уже удалось угадать три из пяти удачных локаций для прикрепления». 
 
В данный момент исследователи оттачивают компьютерную обработку экспериментальных результатов, получая информацию о локализции молекул в ряде бактериальных белков. Это позволяет смоделировать структуру самого центра связывания, что можно сравнить с узнаванием кода замка: подобная информация значительно упрощает изготовление «отмычки» с нужными свойствами, в перспективе — молекулы-лекарства для белка-мишени, даже без полной информации о структуре самого белка.
 
Работа ведется при поддержке немецкого Фонда Александра фон Гумбольдта в сотрудничестве с несколькими лабораториями Германии и Голландии. «Мы разрабатываем методологию, которая, как мы надеемся, может быть полезна всему человечеству, — отмечает Николай Исаев. — Пока мы не выходим за рамки фундаментальной науки, но проект уже на этой стадии требует дальнейшего развития».
 
Цель ученых — проведение скрининга потенциальных лекарств для актуальных мишеней, например из семейства белков GPCR. Это подразумевает исследование эффективности связывания целого ряда молекул потенциальных лекарств к одному спин-меченому белку-мишени. Такой подход поможет отбирать самые эффективные молекулы и в перспективе ускорит разработку новых лекарств и снизит затраты на их производство.
 
Юлия Клюшникова

Похожие новости

  • 02/09/2016

    Наночастицы: невидимые и влиятельные

    Прибор, сконструированный в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, помогает обнаружить наночастицы за несколько минут.— Есть работы российских, украинских, английских и американских исследователей, которые показывают, что в городах с высоким содержанием наночастиц отмечается повышенный уровень заболеваемости сердечными, онкологическими и легочными заболеваниями, — подчеркивает старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Сергей Николаевич Дубцов.
    2057
  • 06/09/2016

    Наночастицы - невидимые и влиятельные

    ​Прибор, сконструированный в Институте химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН, помогает обнаружить наночастицы за несколько минут. — Есть работы российских, украинских, английских и американских исследователей, которые показывают, что в городах с высоким содержанием наночастиц отмечается повышенный уровень заболеваемости сердечными, онкологическими и легочными заболеваниями, — подчеркивает старший научный сотрудник ИХКГ СО РАН кандидат химических наук Сергей Николаевич Дубцов.
    1121
  • 13/01/2016

    Татьяна Толстикова: "В СО РАН есть все предпосылки, чтобы решить проблему импортозамещения лекарств"

    ​Доктор биологических наук, профессор Татьяна Генриховна Толстикова возглавляет лабораторию Новосибирского института органической химии им. Н.Н. Ворожцова (НИОХ) СО РАН - уникальную для России структуру.
    2445
  • 15/04/2016

    Новосибирские химики очищают водоёмы с помощью растений

    ​Учёные Новосибирского государственного университета занимаются исследованием растений, способных накапливать в своих тканях тяжёлые металлы, чтобы применять их для очистки водоёмов и почв от ядовитых веществ, которые попадают в окружающую среду с отходами промышленных предприятий.
    2808
  • 05/12/2015

    Разработка ученых НИОХ и ИХКГ СО РАН позволит получить максимальный эффект при минимальной дозе лекарства

    ​Ученые Новосибирского института органической химии имени Ворожцова и Института химической кинетики и горения имени Воеводского разработали установку, позволяющую получить максимальный эффект от лекарства и минимизировать его дозу, сообщает издание СО РАН "Наука в Сибири​".
    1693
  • 27/08/2018

    Новосибирские ученые представили на «Технопроме-2018» новые огнеупорные материалы

    ​Разработки для промышленности на «Технопроме» сегодня представляют исследователи Новосибирского Академгородка. Один из стендов выставки посвящен огнеупорным материалам. Ольга Салангина, корреспондент: «Представьте себе, что это полимер (или, как принято его называть, оргстекло) на самом деле стеновая панель или красивый шкаф в одной из квартир.
    242
  • 09/06/2016

    Надежда на прорыв: медики сотрудничают с институтами СО РАН

    Надежда на прорыв. Именно такими словами учёные Новосибирского НИИ туберкулёза Минздрава РФ охарактеризовали начало совместной работы с коллегами из институтов Сибирского отделения РАН - Институтом химической кинетики и горения, Институтом органической химии, Институтом теоретической и прикладной механики​.
    1269
  • 26/09/2016

    ИЯФ СО РАН в разы увеличит мощность уникального лазера

    ​Новосибирский институт ядерной физики (ИЯФ) СО РАН планирует в несколько раз увеличить мощность своего лазера на свободных электронах (ЛСЭ), который институт создавал более 10 лет. Об этом сообщил ТАСС заведующий научно-исследовательской лабораторией ИЯФ СО РАН Николай Винокуров.
    1029
  • 15/12/2016

    Новосибирские ученые работают над новым видом ракетного топлива

    ​Новый вид ракетного топлива сегодня разрабатывают новосибирские ученые. Изобретение может перевернуть представления о полетах человека в космос. Корреспондент «Вестей» Татьяна Чуй узнала, как сделать ракету общественным транспортом? О шатлах, реактивной тяге профессор Владимир Зарко может рассказывать часами.
    1028
  • 29/03/2016

    В ИХКГ СО РАН создали аппарат, который даст характеристику клеткам крови

    ​Ученые Института химической кинетики и горения им. В.В. Воеводского СО РАН создали самый точный в мире аппарат для анализа клеток крови, по результатам которого можно оценить, например, риск преждевременных родов.
    2181