Ученые из США впервые расшифровали структуру молекулярного «якоря». С его помощью возбудитель малярии Plasmodium falciparum проникает в эритроциты человека.
Исследование, открывающее путь к созданию новых лекарств, опубликовано в журнале Cell.
Главные мысли за 1 минуту:
- Возбудитель малярии формирует на поверхности эритроцита нестабильный белковый комплекс из четырех молекул: AMA1, RON2, RON4, RON5.
- Ученые остановили вторжение паразита с помощью ингибитора актина и зафиксировали структуру «якоря» методом криоэлектронной микроскопии.
- Внутри клетки белки RON образуют платформу, которая внедряет в мембрану семь спиралей и нарушает ее упаковку.
- Искусственный белок A2, спроектированный через программу BindCraft, блокирует соединение AMA1 с RON2 и предотвращает заражение.
- Подход может стать основой для лекарств не только против малярии, но и против других паразитов — например, токсоплазмы.
Как удалось заглянуть в 90-секундный процесс
Каждый год малярией заболевают сотни миллионов человек. Инфекция начинается, когда крошечный паразит Plasmodium falciparum проникает внутрь эритроцитов.
Ключевую роль в заражении играет структура, похожая на молекулярный «якорь»: паразит вонзает его в мембрану клетки-хозяина, а затем, упираясь в него, затягивает себя внутрь. Долгие годы ученые не могли разглядеть этот комплекс в деталях — он существует всего 60–90 секунд и крайне нестабилен.
В новом исследовании команда из США обошла это препятствие. С помощью ингибитора актина — белка, отвечающего за движение, — они остановили паразитов на поверхности эритроцитов сразу после формирования соединения. Затем исследователи выделили комплекс из мембраны и сфотографировали его с помощью криоэлектронной микроскопии.
Устройство молекулярного «якоря»
Оказалось, что ученые столкнулись со сложным комплексом из четырех паразитических белков: AMA1, RON2, RON4 и RON5. «Корпус» из белков RON расположен внутри красной кровяной клетки, а белок AMA1 «торчит» снаружи, соединяя паразита с мембраной хозяина.
Внутри клетки RON2, RON4 и RON5 образуют массивную платформу, которая связывается с мембраной и внедряет в нее семь спиралей.
Внутренняя поверхность этой платформы плотно покрыта положительно заряженными аминокислотами — они «прилипают» к отрицательно заряженной мембране.
Семь спиралей проникают в липидный слой, нарушая его упаковку. А крупные неструктурированные участки RON2 и RON4, занимающие почти половину длины белков, создают дополнительное давление, выгибая мембрану наружу.
Искусственный белок против малярии
Понимание структуры позволило сделать следующий шаг. Используя программу BindCraft, исследователи спроектировали 180 вариантов маленьких искусственных белков, которые должны были занять место RON2 в гидрофобном «кармане» на поверхности AMA1.
После отбора они оставили 10 кандидатов, проверили их экспрессию в бактериях и выбрали наиболее стабильный белок, названный A2.
Когда A2 добавили к паразитам, готовящимся к вторжению, он остановил заражение. При этом на уже зараженные клетки белок не действовал — значит, он атакует именно процесс проникновения, а не просто убивает паразита. Контрольные эксперименты подтвердили, что A2 связывается именно с AMA1.
Перспективы для медицины
Это исследование, по мнению его авторов, может стать первым шагом к созданию новых лекарств от малярии. Пусть эффективность A2 пока невысока, сам подход открывает новые перспективы для понимания того, как другие паразиты — например, возбудитель токсоплазмоза — проникают в клетки.
Дальнейшая работа над повышением аффинности и стабильности искусственных белков может привести к появлению принципиально новых противомалярийных препаратов.