Используя комбинацию методов, команда подтвердила гипотезу о том, что связывающий партнер Ras в связанной форме не содержит атомов водорода в фосфатных группах. 16 марта 2018 г. журнал Biological Chemistry опубликовал отчет в качестве своей статьи на обложке.
Возможные причины рака
Белки Ras функционируют как маленькие переключатели: в зависимости от того, связаны ли они с гуанозинтрифосфатом (ГТФ) или с гуанозиндифосфатом (ГДФ), они либо включаются, либо выключаются. Связь GTP запускает сложные сигнальные пути, ведущие к ядру, где они инициируют клеточное деление. Впоследствии белки Ras деактивируются путем отщепления фосфатной группы от связанной молекулы гуанозинтрифосфата и образования гуанозиндифосфата..
Если этот процесс тормозится, например, из-за мутаций в белке Ras, Ras остается в активном состоянии, и продолжающееся деление клеток может привести к образованию опухоли. «Более 30 процентов всех опухолей несут мутацию белка Ras», - объясняет доктор Дэниел Манн из исследовательской группы. «Следовательно, реакция расщепления GTP в Ras является ключом к пониманию многих типов рака».
Сколько атомов водорода?
Чтобы понять реакции расщепления GTP в Ras, исследователям необходимо точное изображение исходной точки, то есть они должны знать, как выглядит Ras-связанный GTP. Это включает в себя вопрос, содержат ли три фосфатные группы молекулы GTP какие-либо атомы водорода, поскольку они функционируют как кислоты и, например, несут атом водорода при растворении в воде.
Однако по большей части невозможно измерить водород напрямую, используя обычные методы, такие как рентгеновская кристаллография. Существует значительная разница между химическими реакциями расщепления ГТФ со связанным водородом или без него. Обычно предполагалось, что фосфатные группы Ras, связанные с ГТФ, не содержат атомов водорода. Однако это предположение основано не на прямых измерениях, а на интерпретации изменений в измеренных спектрах инфракрасного и ядерного магнитного резонанса.
Общее предположение подвергается сомнению
Недавние нейтронографические анализы аналога GTP GppNHp вызвали сомнения в этой общепринятой гипотезе. В процессе появились доказательства того, что GTP все же может содержать атомы водорода. «Это поставило под сомнение все представления о расщеплении GTP на сегодняшний день», - говорит доцент доктор Карстен Кёттинг.
3D-фильмы с субатомным разрешением
Исследователи RUB провели дальнейшие измерения, чтобы записать как инфракрасные спектры GppNHp, который используется в дифракции нейтронов, так и спектры природного GTP в Ras. Таким образом, можно было провести прямое сравнение с дифракцией нейтронов, а также сравнение со средой, напоминающей среду человеческой клетки. «Измеренные инфракрасные данные позволяют нам расшифровывать молекулярные реакции с самым высоким временным и пространственным разрешением», - уточняет Клаус Герверт. «Однако информация закодирована в инфракрасном спектре, и поэтому ее трудно интерпретировать».
Исследователи RUB внедряют процесс декодирования, который облегчает расчет экспериментальных данных, таких как инфракрасные спектры и спектры ядерных спинов, собранных с помощью совместного моделирования квантовой механики и молекулярной механики. «Если рассчитанные спектры соответствуют спектрам, измеренным в экспериментах, мы можем перевести цифры, измеренные нами в экспериментах, в трехмерные пленки», - говорит Дэниел Манн.
Гипотеза подтверждена
Пленки имеют разрешение меньше одной десятой атомного диаметра.«Эти точные результаты позволили нам окончательно определить точное состояние протонирования GTP, связанного с белками Ras: фосфатные группы GTP действительно не несут никаких атомов водорода», - заключает Клаус Герверт.