Физики Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Корнельского и Стокгольмского университетов смоделировали поведение белка организма, используя теорию для моделирования нелинейных явлений – от структуры элементарных частиц до цунами. Это исследование поможет выявить механизмы работы белков, которые провоцируют различные заболевания, в том числе онкологические. Статья об этом опубликована в The Journal of Physical Chemistry, – сообщает пресс-служба ДВФУ.
В исследовании физики применили теорию солитонов. Солитоны или нелинейные волны, в отличие от обычных, сохраняют свою форму при распространении, что обуславливает разрушительную силу цунами. Исследователи предположили, что стабильность трехмерных белковых молекул имеет такую же природу, следовательно, их структура может быть описана через набор солитонов. Ученые выяснили, если WW-домен белка обладает неправильной структурой или вовсе несфомирован, это может привести к неконтролируемому и аномальному росту органов.
«Одна из наших фундаментальных задач состоит в том, чтобы понять, какие именно мутации приводят к неправильному сворачиванию белков и какие целенаправленные изменения в белке можно провести, чтобы исправить эти ошибки. Ответив на эти вопросы, мы сможем лечить не только нейродегенеративные заболевания, но и диабет второго типа, онкологию и врожденные болезни, связанные с повреждениями на генетическом уровне», — говорит Александр Молочков, заведующий лабораторией физики живой материи Школы биомедицины ДВФУ.
Сложность в том, как отмечает пресс-служба ДВФУ, что нет очевидной связи между сменой отдельных аминокислот и всей мутацией белка, исход которой предсказать сложно. Приходится просчитывать изменения белка на суперпроизводительных компьютерах, используя молекулярную динамику. Но, если в белке больше пары десятков аминокислот, даже суперпроизводительному компьютеру не хватает вычислительных мощностей. Теория солитонов, первоначально кажущаяся чуждой для структурной биологии и медицины, помогла справиться с задачей моделирования.
Ошибки в молекулярных цепочках белковых молекул становятся причиной различных заболеваний, в том числе онкологии и нейродегенеративных болезней — Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона, болезни Крейцфелта-Якоба или синдрома инфекционного слабоумия, когда белки вызывают деменцию, стойкое снижение познавательной деятельности с утратой ранее приобретённых навыков. Исследования в этой области могут помочь в развитии фармакологии и медицины.
Подготовлено по материалам пресс-службы ДВФУ
Иллюстрация авторов исследования https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.jpcb.0c00628
