O estudo de substâncias sinalizadoras e proteína de membrana - um papel principal da compreensão como o corpo trabalha

Biophysicist fala sobre a proteína de membrana, as dificuldades da sua cristalização e papel no tratamento de doenças graves. Falamos com o chefe do Laboratório da proteína de membrana de Pesquisa avançada o professor de MIPT Georg Byuldt.

Antes de receber PhD, só ocupei-me na física, mas depois movido para a biologia, em um instituto muito bom em Basileia (a Suíça), o Centro da Pesquisa Biológica, universidade de Basileia. Quando vem da física em um campo completamente novo - biologia, tem a dificuldade com a compreensão de colegas, todos o que faz, é novo para você. Comecei com o estudo de membranas de lipídio, que então não foi a estrutura conhecida. Depois de algum tempo realizei que isto é a direção não sou tão interessante, e naquele momento encontrei um homem que depois se tornou meu amigo que me disse da proteína de membrana.

O papel de proteína de membrana no corpo humano

Quando os cientistas descobriram células, ao mesmo tempo encontramos que se rodeiam de uma espécie de parede, que, como resultou depois, se compõe de lipídios e proteína. A importância do estudo da proteína na parede de membrana, ficou evidente imediatamente. Dentro de 70 anos, os cientistas isolaram um após o outro e examinaram esta proteína.

A comunicação intercelular, bem como a transmissão da informação dentro do corpo no conjunto, fez pequenas moléculas, como hormônios. Estes hormônios atam com a proteína está na membrana, ou não podem influir no comportamento da célula. Imediatamente ficou claro que saber a estrutura e a função desta proteína é muito útil, desde que se relaciona diretamente à saúde em geral para entender os processos que ocorrem no nosso corpo. Os órgãos especiais, como cérebro segregam hormônios que interagem com células enviadas, à sua vez, sinais ao cérebro. Isto é, este sistema trabalha em ambas as direções. Por isso, o estudo de substâncias sinalizadoras e proteína de membrana é um papel principal de entender o trabalho de corpo.

Agora todo mundo discute o impacto de Meldonium para restabelecer o equilíbrio entre provisão de oxigênio e exigência em células.

A primeira proteína de membrana em que me interessei foi bacteriorhodopsin archaea. Então, o estudo da sua estrutura durou durante mais de 40 anos. Então em Basileia cunhou-se pelo método pelo qual ficou mais fácil cristalizar a proteína de membrana. A primeira proteína, cristalizada em uma maneira convencional, a reação tornou-se um centro de bactérias fotosintéticas. Cristalizou Hartmut Michel, ganhou um Prêmio de Nobel. Novo o mesmo método inventado por Jürg Rosenbusch, diferenciou-se dele. Antes, a proteína dissolveu-se em diferentemente do Detergente de membrana. Rosenbusch também subiu com o método de cristalização diretamente na membrana. Dentro de algum tempo, este método foi muito bem sucedido. Por exemplo, uma estrutura conjugada com a G-proteína ligou o receptor (GPCR) identificou-se de Vadim Cherezovs MIPT este método.

Proteína de membrana, entre outras coisas, também interesso-me porque a física deve empenhar a definição de estrutura, como nestes estudos pode aplicar os métodos da física. Estudando a proteína de membrana, realizei que executam uma característica muito interessante, então também ficou comprometido da espectroscopia. Então descobri que esta proteína desempenha um papel muito importante na comunicação e a transferência de materiais que me levaram ao estudo da proteína de membrana no contexto da célula inteira. Mais recentemente, decidi descobrir como transferir sinais na célula e como a proteína se transporta, por exemplo, na matriz mitochondrial.

Em dificuldades com a cristalização de proteína

Estudos em MIPT, começamos a estudar a estrutura e a função da proteína de membrana. A direção principal do laboratório - é a cristalização da proteína. Mas também temos o equipamento para determinar a estrutura, e queremos ver como esta proteína trabalha dentro de células. Com esta finalidade foi o microscópio adquirido valor de Zeiss ˆ 2 milhões. Normalmente, microscópico pensado como um instrumento compacto, prático, mas enche-se de vários dispositivos de microscópio. Isto é uma máquina realmente bela que pode usar todos os métodos atualmente disponíveis para estudar células e outros problemas biológicos de resolver. No futuro, usaremos uma espectroscopia de PÉS-IR, espectroscopia de Raman, classificação de célula.

Neste trabalho de laboratório com soluções. Por exemplo, para criar uma substância cristalina, é necessário fazer muitas operações. É necessário isolar o gene desejado da genoma, proteína sintetizada, por exemplo, uma célula de uma bactéria ou levedura ou inseto. As células tipicamente começam com E. coli (Escherichia coli) porque se usam pela maior parte para a síntese da proteína. Quando o material puro, pode prosseguir à cristalização. Ou melhor tentativas de obter um cristal.

As dificuldades aqui são como se segue. As tecnologias modernas permitem trabalhar com volumes medidos em femtolitrah (10-15 l). Temos conselhos com 96 células, cada uma das quais corresponde a uma tentativa. Então enchemo-los automaticamente e adquirimos uma imagem que pode examinar-se em um computador, e podemos ver, para adquirir o resultado desejado ou não. Às vezes tem de usar centena destas chapas, que deve tomar 10,000 tentativas de obter um cristal, mas ainda não adquirir o resultado. Assim muitas tentativas necessárias porque muitos dos parâmetros podem variar: é possível usar vário surfactants, várias soluções de buffers, várias temperaturas - tudo isso leva a uma grande variedade de resultados. Para realizar o resultado desejado, todos os laboratórios no mundo recorreram para automatizar a produção de cristais de proteína.

Com o novo método da cristalização na membrana, este processo ficou um pouco mais complicado. Para a proteína de membrana o processo de cristalização também se automatiza, que não esteve lá antes, mas é mais complicado do que para a proteína solúvel.

Em optogenetics e cegueira de trato

Temos os resultados de vária proteína que contém de maneira retiniana, que tem continuado a trabalhar por muito tempo. Ficaram importantes no contexto de optogenetics. Aqui cada um poderia perguntar: Porque tantos são para tomar parte na proteína que contém de maneira retiniana agora? No fim de tudo, foram importantes antes, quando primeiro tentaram cristalizar-se. Mas agora os cristais obtiveram-se, sabemos as suas funções. Então, por que continuam trabalhando com eles? Isto é devido à descoberta da possibilidade de usar a proteína que contém de maneira retiniana para criar e dirigir impulsos de nervo.
Por exemplo, há uma proteína de canal rhodopsin-2 (Channelrhodopsin-2, chr2), que serve de um canal da passagem de cations pela membrana, mas isto necessita um sinal na forma da luz azul. Neste caso, a conformação da proteína modifica-se, o canal abre-se e cations pode passar. Se puser este sistema na célula de nervo, é possível criar um impulso de nervo é somente um relâmpago da luz. há outra proteína para interromper este ímpeto - galorodopsin (Halorhodopsin), que também pertence ao conter de maneira retiniana e é responsável pela transportação de íons de cloreto. As cargas positivas, que estiveram originalmente na célula, pode compensar agora a negação e assim parar o ímpeto.

Assim, temos o modo perfeito de criar e paragem do impulso de nervo. Isto é um dos modos de usar esta proteína em optogenetics, pesquisa que se apoia agora por muitos governos. Houve muitas previsões que vai para o Prêmio de Nobel neste ano.
O termo nesta direção pode obter-se por vários resultados úteis. Pessoalmente, sonho com o tratamento da cegueira, isto é, a destruição da retina. Localizam-se atrás da célula de gânglio de retina, que pode colocar-se em, por exemplo, esta duas proteína. Então os impulsos de nervo que vão ao cérebro parecem ser abaixo da influência da luz. Possivelmente um dia estas pessoas terão pelo menos uma visão preta e branca.
Outra direção - é a doença de Parkinson. Agora tenta curar-se introduzindo eletrodos em certas áreas da ação de pulso e cérebro por eles. O grupo dedicou a isto, há Centro de pesquisa de Yulyuh. Com a ajuda da luz, possivelmente será possível fazer muito mais eficientemente e exatamente, porque a luz pode controlar-se em um pequeno volume, enquanto o pulso elétrico aplicou a uma porção significante do cérebro.

O mundo hoje desenvolve um número de projetos relacionados a optogenetics, portanto também trabalhamos nisto. Também procuramos outra proteína que contém de maneira retiniana, a estrutura da qual já sabemos e isto pode usar-se de um modo semelhante.

Sobre o estudo de envelhecimento e as perspectivas de comercialização

O grupo de Vadim Cherezova que tenta cristalizar a proteína nova. Acima mencionei implicado na comunicação proteína de GPCR. Formam uma pluralidade de mais de 800 receptores, que podem dividir-se no ponto de famílias. Nós gostaríamos de saber a estrutura de proteína de cada família, como esperamos ser capazes de adquirir as estruturas de outra proteína com a ajuda da simulação. Isto necessita muito tempo, mas é muito importante porque se associa com o desenvolvimento de novos tratamentos.

No nosso grupo investigamos a proteína que serve de canais da transferência de substâncias pela membrana. Também nos interessamos em Valentin Gordeliy no envelhecimento. Queremos estudar a morte celular, o envelhecimento, e clarificar o papel da proteína de membrana, bem como o envelhecimento de membrana inteiro.

No mundo de hoje, as pessoas normalmente morrem de problemas como cancro e ataques de coração. Mas se não morre dele, então seria a causa da morte? Suponha que curamos cancro e ataques de coração. O que então? Os cientistas têm ideias diferentes deste sujeito. Por exemplo, quando come, produz radicais livres que podem danificar o ADN. Isto é a causa da morte última ou não? No mundo nestas questões, muitos pesquisadores trabalham. E desde que se relaciona à comunicação de célula, fica sobreposto com o estudo de membranas de célula.

A comercialização possível para cada proteína de membrana - para participar na transmissão de sinais e os responsáveis pela transferência de substâncias, como se associam todos com a saúde de célula. Com objetivos médicos é muito importante ser capaz de criar substâncias que interagem com esta proteína. Além disso, as companhias farmacêuticas têm de melhorar estes agentes antes do uso médico. Há grandes laboratórios envolvidos na obtenção de drogas mais eficazes baseadas em métodos existentes por meio do computador. Podemos fazer o mesmo. Mas temos de trabalhar com estas companhias, porque quando tem uma boa medicina, mas dirige uma pequena instituição, não é bastante dinheiro para trazê-lo a pacientes. Deve atravessar muitas etapas de pesquisas clínicas caras. Por isso, as pequenas instituições como o nosso trabalho em problemas comuns, e se encontrarmos o bom material ou estrutura, logo vendem-no uma grande empresa ou publicam, sem receber qualquer dinheiro para ele. Então as companhias farmacêuticas serão capazes de começar a produção da medicina.

Adquiriremos a estrutura de proteína, e trabalharão com ela o desenvolvimento adicional para passar grandes companhias farmacêuticas, desde que está normalmente em tais pequenas empresas ainda não têm bastante dinheiro para conduzir testes caros.