Ученые выяснили, что влияет на связи липидов и белков

Ученые из МФТИ в составе международной группы изучили поведение составляющих мембраны клеток фосфолипидов. Результаты исследования важны для понимания жизнедеятельности клеток.

Клеточные мембраны по большей части состоят из фосфолипидов. Ученым важно понимать их взаимодействия с другими биомолекулами — это нужно для развития прикладных биотехнологий, например использования липидных оболочек для доставки мРНК в нужную клетку. Именно по этому принципу сделаны мРНК-вакцины от коронавируса.

Взаимодействия липидов с белками, активными молекулами лекарств или РНК регулируются в основном гидрофильными головными группами липидов. Однако мембраны состоят из тысяч разных липидов, конформации, т.е. относительное расположение атомов которых до конца не изучены. Мало данных и о взаимодействиях липидов с различными белками — например, непонятно, в каких конформациях липиды связываются с белками.

Так как головы липидов очень подвижны, самые точные данные об их конформации возможно получить методом ядерно-магнитного резонанса (ЯМР). Он показывает расстояния между разными парами атомов в составе молекулы. Однако этой информации недостаточно, и чтобы дополнить картину ученые используют компьютерное моделирование.

Поиском точных параметров молекулярного моделирования липидов занимается открытый международный консорциум NMRlipids, участниками которого стали и специалисты МФТИ. В рамках консорциума исследователи моделируют липиды , используя различные параметры, а затем сравнивают результаты между собой и с результатами экспериментов.

«Проект NMRlipids является интересным примером открытой науки, где все результаты в любой момент видны любому желающему, а участие никак не ограничено. В случае успеха мы найдем наилучшие параметры для моделирования липидов, что позволит гораздо лучше изучать клеточные и искусственные мембраны», — рассказал заведующий лабораторией структурного анализа и инжиниринга мембранных систем Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ Иван Гущин.

В новой работе исследователи проанализировали, какие структуры и на какое время принимают разные распространенные в природе липиды. Исследуемые липиды формировали разные мембраны — заряженные и незаряженные — и взаимодействовали с мембранными белками. Проведенное моделирование, основанное на прямом вычислении координат атомов в каждый момент времени, показало, что ни один из подходов не воспроизводит пространство состояний липидов точно.

Наиболее приближенные к реальным результаты давали параметры из Гарварда. Из экспериментальных данных известно, что каждый из видов липидов может в разных состояниях связываться с широким набором белков. Теперь стало понятно, что разные липиды имеют разные предпочтительные конформации, благодаря чему могут легче связываться с конкретными белками.

«Открытая наука, к которой, безусловно, относится проект NMRLipids, позволяет ученым с разным бэкграундом и набором навыков объединиться и всесторонне изучить определенную проблему. В рамках NMRlipids создается универсальный набор программ, с помощью которого можно анализировать траектории липидов в молекулярной динамике и сравнивать их с различными экспериментальными данными. Этот функционал существенно ускорит разработку новых силовых полей для компьютерного моделирования мембран, что, в свою очередь, позитивно повлияет на точность компьютерных моделей, описывающих, например, перенос лекарств через клеточные мембраны», — дополнил Павел Буслаев, второй соавтор из МФТИ.

Кроме сотрудников МФТИ, в исследовании принимали участие ученые из России, Франции, Испании, Великобритании, Мексики, Германии, Чехии, Финляндии, США, Голландии и Португалии.

Работа опубликована в ведущем журнале Американского химического сообщества, Journal of the American Chemical Society.

• #Химия