L'étude de substances faisantes des signes et de protéines membraneuses - une partie clée de compréhension comment le corps travaille

Biophysicist parle des protéines membraneuses, les difficultés de leur cristallisation et rôle dans le traitement de maladies sévères. Nous avons parlé avec le chef du Laboratoire de protéines de membrane de Recherche Avancées professeur de MIPT Georg Byuldt.

Avant de recevoir un doctorat, j'ai été retenu seulement dans la physique, mais après déplacé à la biologie, dans un très bon institut à Bâle (Suisse), Centre de Recherche Biologique, université de Bâle. Quand vous venez de la physique à un complètement nouveau champ - la biologie, vous avez la difficulté avec la compréhension de collègues, tous ce que vous faites, est inconnue à vous. J'ai commencé avec l'étude de membranes lipid, qui n'était pas alors la structure connue. Après quelque temps je me suis rendu compte que c'est la direction je ne suis pas intéressant si et juste alors j'ai rencontré un homme qui est devenu plus tard un ami mien qui m'a dit de protéines membraneuses.

Le rôle de protéines membraneuses dans le corps humain

Quand les scientifiques ont découvert des cellules, en même temps nous avons constaté qu'ils sont entourés par une sorte de mur, qui, puisque cela s'est terminé plus tard, est composé de lipids et de protéines. L'importance de l'étude de protéines dans le mur membraneux, est devenu apparent immédiatement. Dans les 70 ans, les scientifiques ont isolé l'un après l'autre et ont examiné ces protéines.

La communication intercellulaire, aussi bien que la transmission de renseignements dans le corps dans l'ensemble, a fait de petites molécules, telles que les hormones. Ces hormones se lient avec les protéines est dans la membrane, ou ils ne peuvent pas influencer le comportement de la cellule. Immédiatement il est devenu clair que savoir la structure et la fonction de ces protéines est très utile, comme il est directement rattaché à la santé en général pour comprendre les processus se produisant dans notre corps. Les organes spéciaux, tels que le cerveau sécrètent des hormones qui communiquent avec les cellules envoyées, à tour de rôle, signaux au cerveau. C'est-à-dire, ce système travaille dans les deux directions. Donc, l'étude de substances faisantes des signes et de protéines membraneuses est une partie clée de comprendre le travail de corps.

Maintenant tout le monde discute l'impact de Meldonium pour restituer la balance entre l'offre et la demande d'oxygène dans les cellules.

La première protéine membraneuse à laquelle je me suis intéressé était bacteriorhodopsin archaea. En ce moment-là, l'étude de sa structure a duré depuis plus de 40 ans. Alors à Bâle a été forgé par la méthode par laquelle il est devenu plus facile de cristalliser des protéines membraneuses. La première protéine, cristallisée dans une manière conventionnelle, la réaction est devenue un centre de bactéries photosynthétiques. Il a cristallisé Hartmut Michel, a gagné un Prix Nobel. Nouveau même méthode inventée par Jürg Rosenbusch, a différé de lui. Plus tôt, les protéines se sont dissoutes dans à la différence du Détersif membraneux. Rosenbusch a aussi trouvé la méthode de cristallisation directement dans la membrane. Au fil des années, cette méthode a été très réussie. Par exemple, une structure conjuguée avec la G-protéine a couplé le récepteur (GPCR) a été identifiée de Vadim Cherezovs MIPT cette méthode.

Les protéines membraneuses, entre autres choses, je m'intéresse aussi parce que la physique doit retenir la définition de structure, comme dans ces études il peut appliquer les méthodes pour la physique. En étudiant des protéines membraneuses, je me suis rendu compte qu'ils réalisent un trait très intéressant, est devenu fiancé donc ainsi dans la spectroscopie. Alors j'ai appris que ces protéines jouent un rôle très important dans la communication et le transfert de matériel qui m'a mené à l'étude de protéines membraneuses dans le contexte de la cellule entière. Plus récemment, j'ai décidé de découvrir comment transférer des signaux dans la cellule et comment les protéines sont transportées, par exemple, dans la matrice mitochondrial.

Sur les difficultés avec la cristallisation de protéine

Les études à MIPT, nous avons commencé à étudier la structure et la fonction de protéines membraneuses. La direction principale du laboratoire - c'est la cristallisation de protéines. Mais nous avons aussi l'équipement pour déterminer la structure et nous voulons voir comment ces protéines travaillent à l'intérieur des cellules. À cette fin c'était le microscope acquis la valeur de Zeiss ˆ 2 millions. D'habitude, la pensée microscopique comme un outil compact, commode, mais il est rempli d'une variété d'appareils de microscope. C'est une vraiment belle machine qui peut utiliser toutes les méthodes actuellement disponibles pour étudier des cellules et d'autres problèmes biologiques de résoudre. Dans l'avenir, nous utiliserons une spectroscopie FT-IR, une spectroscopie de Raman, un tri de cellule.

Dans ce travail de laboratoire avec les solutions. Par exemple, pour créer une substance en cristal, il est nécessaire de faire beaucoup d'opérations. Il est nécessaire d'isoler le gène désiré du génome, la protéine synthétisée, par exemple, une cellule d'une bactérie ou une levure ou un insecte. Les cellules commencent typiquement avec E. coli (Escherichia coli) parce qu'ils sont surtout utilisés pour la synthèse de protéines. Quand la matière pure, vous pouvez procéder à la cristallisation. Ou plutôt les tentatives d'obtenir un cristal.

Les difficultés sont ici comme suit. Les technologies modernes permettent de travailler avec les volumes mesurés dans femtolitrah (10-15 l). Nous avons des planches avec 96 cellules, dont chacune correspond à une tentative. Alors nous les remplissons automatiquement et recevons une image qui peut être vue sur un ordinateur et nous pouvons voir, pour recevoir le résultat souhaité ou non. Quelquefois vous devez utiliser cent de ces plaques, qui doit prendre 10,000 tentatives d'obtenir un cristal, mais toujours pas ne recevoir le résultat. Ainsi beaucoup de tentatives nécessaires parce que beaucoup de paramètres peuvent varier : il est possible d'utiliser surfactants différent, solutions tampon différentes, températures différentes - tout cela mène à une grande variété de résultats. Pour accomplir le résultat souhaité, tous les laboratoires dans le monde ont recouru pour automatiser la production de cristaux de protéines.

Avec la nouvelle méthode pour la cristallisation dans la membrane, ce processus est devenu un peu plus compliqué. Pour la protéine membraneuse le processus de cristallisation est aussi automatisé, qui n'était pas là auparavant, mais c'est plus compliqué que pour les protéines solubles.

Sur optogenetics et cécité de traitement

Nous avons les résultats pour le différent retinal-contenant des protéines, qui ont continué à travailler pendant longtemps. Ils sont devenus importants dans le contexte d'optogenetics. Ici on pourrait demander : Pourquoi si beaucoup sont-ils pour se livrer à retinal-contenir des protéines maintenant ? Enfin, ils étaient importants auparavant, quand ils ont essayé d'abord de cristalliser. Mais maintenant les cristaux ont été obtenus, nous savons leurs fonctions. Pourquoi continuent à travailler avec eux ? C'est en raison de la découverte de la possibilité d'utiliser le retinal-contenant des protéines pour créer et diriger des impulsions de nerf.
Par exemple, il y a une protéine de canal rhodopsin-2 (Channelrhodopsin-2, chr2), qui sert d'un canal pour le passage de cations par la membrane, mais cela exige un signal dans la forme de lumière bleue. Dans ce cas-là, la conformation de la protéine est changée, le canal s'ouvre et cations peut traverser. Si vous mettez ce système dans la cellule nerveuse, il est possible de créer une impulsion de nerf est juste un éclat de lumière. il y a une autre protéine pour interrompre cette vitesse - galorodopsin (Halorhodopsin), qui appartient aussi au retinal-contenant et est responsable du transport d'ions de chlorure. Les charges positives, qui étaient à l'origine dans la cellule, vous pouvez compenser maintenant pour le négatif et arrêter ainsi la vitesse.

Ainsi, nous avons la façon parfaite de créer et l'arrêt de l'impulsion de nerf. C'est une des façons d'utiliser ces protéines dans optogenetics, la recherche qui est maintenant soutenue par beaucoup de gouvernements. Il y a eu beaucoup de prédictions qu'il va pour le Prix Nobel cette année.
Le terme dans cette direction peut être obtenu par une variété de résultats utiles. Personnellement, je rêve du traitement de cécité, c'est-à-dire la destruction de la rétine. Sont localisés derrière la cellule de ganglion de rétine, qui peut être placée dans, par exemple, ces deux protéines. Alors les impulsions de nerf qui vont au cerveau ont l'air d'être sous l'influence de lumière. Peut-être un jour ces gens auront au moins une vision noire et blanche.
Une autre direction - est la maladie de Parkinson. Maintenant il essaie de guérir en introduisant des électrodes dans de certaines régions de l'action de pouls et de cerveau par eux. Le groupe y a consacré, il y a le Centre de recherche d'Yulyuh. Avec l'aide de lumière, peut-être il sera possible de faire beaucoup plus efficacement et exactement, parce que la lumière peut être contrôlée dans un petit volume, pendant que le pouls électrique s'est appliqué à une portion significative du cerveau.

Le monde aujourd'hui développe un certain nombre de projets rattachés à optogenetics, donc nous y travaillons aussi. Aussi nous cherchons d'autre retinal-contenant des protéines, dont la structure nous savons déjà et cela peut être utilisé dans la même façon.

De l'étude de vieillissement et des perspectives pour la commercialisation

Le groupe de Vadim Cherezova essayant de cristalliser les protéines originales. J'ai mentionné au-dessus de l'impliqué dans la communication des protéines de GPCR. Ils forment une pluralité de plus de 800 récepteurs, qui peuvent être divisés en mesure de famille. Nous voudrions savoir la structure de protéine de chaque famille, puisque nous espérons être capables de recevoir les structures d'autres protéines avec l'aide de simulation. Cela exige beaucoup de temps, mais il est très important parce qu'il est associé au développement de nouveaux traitements.

Dans notre groupe nous enquêtons sur les protéines qui servent des canaux pour le transfert de substances par la membrane. Nous nous intéressons aussi à Valentin Gordeliy sur le vieillissement. Nous voulons étudier la mort de cellule, le vieillissement et clarifier le rôle de protéines membraneuses, aussi bien que le vieillissement membraneux entier.

Dans le monde d'aujourd'hui, les gens meurent d'habitude à cause des problèmes tels que le cancer et les crises cardiaques. Mais si vous ne mourez pas à cause de cela, alors ce serait la cause de mort ? Supposez que nous avons guéri le cancer et les crises cardiaques. Ce qu'alors ? Les scientifiques ont de différentes idées sur ce sujet. Par exemple, quand vous mangez, vous produisez des radicaux libres qui peuvent endommager à l'ADN. Est-il la cause de mort ultime ou non ? Dans le monde entier sur ces éditions, beaucoup de chercheurs travaillent. Et comme il est rattaché à la communication de cellule, il chevauche avec l'étude de membranes de cellule.

La commercialisation possible pour chaque protéine membraneuse - pour participer à la transmission de signaux et les responsables du transfert de substances, puisqu'ils sont tous associés à la santé de cellule. Dans les buts médicaux il est très important d'être capable de créer des substances qui communiquent avec ces protéines. De plus, les entreprises pharmaceutiques ont besoin d'améliorer ces agents avant l'utilisation médicale. Il y a de grands laboratoires retenus dans l'obtention des médicaments plus efficaces basés sur les méthodes existantes au moyen de l'ordinateur. Nous pourrions faire le même. Mais nous devons travailler avec ces compagnies, parce que quand vous avez une bonne médecine, mais vous dirigez une petite institution, ce n'est pas assez d'argent pour l'apporter aux patients. Vous devez passer par beaucoup de stades d'essais cliniques coûteux. Donc, de petites institutions telles que notre travail sur les problèmes communs et si nous trouvons le bon truc ou la structure, y vendent ensuite une grande compagnie ou communiquent, sans recevoir tout argent pour lui. Alors les entreprises pharmaceutiques seront capables de commencer la production de médecines.

Nous recevrons la structure de protéine et ils travailleront avec elle des développements de plus pour passer de grandes entreprises pharmaceutiques, comme c'est d'habitude dans de telles petites compagnies n'ont pas toujours d'assez d'argent pour conduire des épreuves coûteuses.