Badania nad białkiem Ras, odpowiedzialnym za wzrost komórek
Białko Ras występuje praktycznie we wszystkich organizmach żywych i odgrywa istotną rolę we wszystkich komórkach. Chyba najważniejszą z jego licznych funkcji jest regulacja wzrostu komórek. Mechanizmy molekularne, dzięki którym białko Ras przyspiesza podział guanozynotrifosforanu (GTP), spowalniając tym samym wzrost komórki, zostały niedawno opisane przez prof. Klausa Gerwerta, biofizyka z niemieckiego Ruhr-Universität Bochum, w wydaniu internetowym czasopisma PNAS. W swoich badaniach prof. Gerwert wykorzystał spektroskopię w podczerwieni i symulacje komputerowe. Okazało się, że białko Ras wywiera taką presję na łańcuch grup fosforanowych, że może łatwo dojść do oddzielenia się jednej z grup, co powoduje zahamowanie wzrostu komórki. Zmutowane białko Ras uczestniczy w tworzeniu się nowotworów, ponieważ w przypadku raka reakcja ta ulega spowolnieniu i hamulec wzrostu komórki nie działa. "Nasze odkrycia mogą pomóc w stworzeniu małych cząsteczek, które przywracałyby prawidłową prędkość białek Ras", mówi prof. Gerwert. "Cząsteczki takie można by potencjalnie stosować w leczeniu raka". Obecnie możliwe jest leczenie takich chorób, jak przewlekła białaczka szpikowa (CLM) przy pomocy terapii molekularnych wykorzystujących np. lek Gleevec. Nie znaleziono jednak jeszcze cząsteczek o podobnej skuteczności przeciwko zmutowanemu białku Ras. "Ponieważ potrafimy teraz badać reakcje białka Ras z dużo większą dokładnością, istnieje nadzieja, że będzie można rozbroić zmutowaną cząsteczkę przy pomocy leku, takiego jak Gleevec i przywrócić normalny rytm komórki" mówi prof. Gerwert. Białko Ras zwykle dezaktywuje wzrost komórki, oddzielając grupę fosforanową od GTP. GTP ma trzy powiązane ze sobą grupy fosforanowe. W obecności wody trzecia z tych grup może oddzielić się spontanicznie, nawet bez pomocy białka Ras. Proces ten jest jednak bardzo powolny. Ras przyspiesza go pięciokrotnie, a inne białko, o nazwie GAP, kolejne pięć razy. Przyczynę tego przyspieszenia odkrył właśnie zespół z Ruhr-Universität Bochum. Białko Ras nadaje łańcuchowi trzech grup fosforanowych na GTP określony kształt. Zbliża do siebie grupę drugą i trzecią, tworząc napięcie w całym łańcuchu. "To jak nakręcanie zabawkowego samochodziku", tłumacz prof. Gerwert. "Ras to śrubka, a grupy fosforanowe to sprężyna". Białko GAP naciąga tę sprężynę jeszcze bardziej, zbliżając ze sobą także pierwszą i drugą grupę fosforanową. W ten sposób GTP wchodzi na taki poziom energetyczny, że trzecia grupa fosforanowa może łatwo oddzielić się od łańcucha - podobnie jak samochodzik rusza samoczynnie po naciągnięciu sprężyny. Analizy te przeprowadzono przy pomocy metody czasowej spektroskopii w podczerwieni z transformacją Fouriera (FTIR), opracowanej przez Instytut Biofizyki. Dzięki zastosowaniu tej techniki naukowcy mogli śledzić reakcje i interakcje białek z dokładnością przestrzenną i czasową dużo większą niż w przypadku badań mikroskopowych. "Spektroskopia nie dostarcza jednak tak przejrzystych obrazów, jak mikroskop, ale bardzo skomplikowane widma podczerwieni", tłumaczy dr Carsten Kötting z zespołu badawczego. "Przypominają one tajemniczy kod, który trzeba odcyfrować". Ze względu na wymagane olbrzymie moce obliczeniowe, dużych cząsteczek, takich jak całe białko, nie da się obecnie skutecznie ich opisać przy użyciu symulacji opartej na mechanice kwantowej. Dlatego też naukowcy ograniczyli analizę do GTP i części białka Ras lub GAP, która wchodzi w bezpośrednią interakcję z GTP. Pozostałą część białek opisano przy pomocy mniej zaawansowanych metod symulacji dynamiki molekularnej. "Łącząc wszystkie te różne techniki symulacji, łatwo jest zejść na manowce", mówi Till Rudack. "Trzeba zatem kontrolować jakość badań, porównując wyniki symulacji z widmem uzyskanym podczas pomiaru w podczerwieni". Jeżeli widma otrzymane przy pomocy obu technik zgadzają się, można określić strukturę białek z dokładnością do milionowej mikrometra, tak jak w przypadku badania Ruhr-Universität Bochum.Więcej informacji: Ruhr-Universität Bochum: http://www.ruhr-uni-bochum.de/index_en.htm PNAS: http://www.pnas.org/
Kraje
Niemcy