Размер клетки человека — всего 10 миллионных долей метра, но даже в микросреде малейшие изменения уровня pH могут оказаться судьбоносными. Исследователи из Университета Нотр-Дам в США представили в журнале Science Signaling вычислительный конвейер, который способен за считанные дни находить pH-чувствительные белковые структуры, существенно ускоряя биомедицинские исследования.
«Теперь мы можем предсказывать, какие белки реагируют на изменения pH, прежде чем начнем эксперименты», — подчеркнула доцент кафедры химии и биохимии Кэтрин Уайт.
До сих пор исследователям приходилось проверять каждый белок отдельно, что занимало годы. С 1990-х годов науке удалось подтвердить чувствительность к pH лишь у нескольких десятков белков, хотя предполагалось, что их значительно больше. Исследование опубликовано в журнале Science Signaling.
Как работает новый алгоритм
Созданная учеными система использует данные из международной базы RCSB Protein Data Bank и интегрирует экспериментальные значения pKa, определяющие заряд аминокислот при разных уровнях pH. Алгоритм моделирует взаимодействие зарядов и выявляет участки, где изменение pH может запустить «цепную реакцию» внутри белка.
Эта методика впервые позволила точно определить чувствительность к pH в таких ключевых белках, как SHP2 и c-Src, участвующих в передаче сигналов и развитии раковых клеток.
Исследование показало, что небольшие сдвиги заряда в одной аминокислоте могут радикально изменить поведение белка. Так, в белке SHP2 изменение кислотности переводит его из «закрытого» в «открытое» состояние, что влияет на активность сигнальных путей.
Установив точные участки, где происходит регулирование pH, ученые открыли путь к созданию таргетных препаратов, которые смогут восстанавливать естественный баланс активности мутировавших белков.
По словам Кэтрин Уайт, новая технология позволит по-новому взглянуть на биохимию заболеваний. Помимо онкологии, динамика pH напрямую связана с сахарным диабетом, аутоиммунными расстройствами, нейродегенеративными заболеваниями и травмами мозга.
Мы фактически создали инструмент, который может революционизировать подход к пониманию болезней человека.
Недавно мы рассказали, как любительская научно-популярная головоломка пополнила всемирную базу биомолекул.
