Не удалось увидеть? Моделируйте!

С трудом поддающийся изучению белок интегрин смоделировали на суперкомпьютере.
Не занимайтесь самолечением! В наших статьях мы собираем последние научные данные и мнения авторитетных экспертов в области здоровья. Но помните: поставить диагноз и назначить лечение может только врач.

Специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, похоже, смогли найти ответы на некоторые загадки в микробиологии, связанные с функционированием белковых рецепторов под названием интегрины.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Интегрины — поверхностные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. От них зависит форма клетки, её подвижность, они участвуют в регулировке клеточного цикла и могут в случае каких-либо сбоев в их функционировании становиться причиной развития атеросклероза и некоторых типов рака.

Учёные до сих пор не знают, как именно работают интегрины: экспериментально наблюдать их функционирование на молекулярном уровне очень сложно, кроме того, полная кристаллическая структура этих рецепторов до сих неизвестна.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Учёные из Национальной лаборатории в Беркли пошли другим путём: провели компьютерное моделирование интегрина. Виртуальный белок обладает теми же свойствами, что его природный прообраз и так же способен реагировать на изменения окружающей среды.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

По сути, осуществлялось моделирование сразу полумиллиона атомов одновременно, что, соответственно, требует довольно солидных вычислительных мощностей. Для некоторых экспериментов потребовалась полная нагрузка 600 параллельных процессоров в течение 48 часов.

Моделирование уже проливает свет на некоторые загадки: например, когда интегрины активизируются под воздействием внешних сил, они скапливаются в кластеры на поверхности клетки и соединяются с другими белками с образованием областей межклеточной адгезии. Чем большие силы воздействуют, тем большее количество интегринов требуется.

Как показало моделирование, это связано с тем, что субъединицы интегринов связаны с волокнами белка актина, из которого формируется цитоскелет эукариотических клеток. И чем больше нагрузка на эти волокна, тем большее количество интегринов задействуется.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Цифровая модель также позволила дать ответ на старый вопрос: взаимодействуют ли интегрины друг с другом сразу же после активации? Или они вообще не взаимодействуют друг с другом, даже когда собираются в кластеры? В ходе моделирования учёные попытались выяснить, возможно ли физическое взаимодействие между интегринами, когда они находятся в плазматической мембране. Выяснилось, что взаимодействие происходит обычно только между бета-субъединицами интегринов.

Им также удалось обнаружить любопытную схему флуктуации интегринов: две секции этих рецепторов, одна из которых простирается по клеточной мембране, а вторая выступает наружу из клетки, соединены петлеобразной областью, которая начинает поворачиваться, когда белок начинает вибрировать под частым воздействием окружающих его молекул, в том числе молекул воды, липидов или ионов.