Коллаген, самый распространенный белок в организме, долгое время считался предсказуемым структурным компонентом тканей. Однако новое исследование, опубликованное в журнале ACS Central Science, показало, что разнообразие коллагена может быть больше, чем считалось ранее.
Исследователи использовали передовую криоэлектронную микроскопию (крио-ЭМ) для определения атомной структуры упакованной сборки коллагена, которая отличается от традиционно принятой правозакрученной суперспирали.
«Десятилетиями мы предполагали, что тройные спирали коллагена всегда следуют строгой структурной парадигме. Наши результаты показывают, что сборки коллагена могут принимать более широкий диапазон конформаций, чем считалось ранее», — пояснил профессор химии и биоинженерии Джеффри Хартгеринк из Университета Райса в США.
Новая конформация коллагена
Чтобы исследовать сборку коллагена на атомном уровне, исследователи разработали систему самоорганизующихся пептидов на основе коллагеноподобного региона C1q, ключевого иммунного белка, и проанализировали их структуру посредством крио-ЭМ.
Визуализация биомолекул выявила отклонение от канонической правозакрученной суперспирали.
Это означает, что гидроксипролин в коллагене может находиться между соседними спиралями, образуя симметричные гидрофобные полости. Проще говоря, коллаген оказался молекулярно сложнее, чем о нем думали.
«Отсутствие суперспирального закручивания делает возможными молекулярные взаимодействия, ранее не наблюдавшиеся в коллагене», — подтвердила бывшая аспирантка Хартгеринка Трейси Ю.
Значение для медицины и биоматериалов
Коллаген — это не просто структурный белок, он играет важную роль в клеточной сигнализации, иммунной функции и восстановлении тканей. Более глубокое понимание его структурной изменчивости коллагена открывает перспективы в изучении заболеваний, при которых нарушается сборка коллагена, включая синдром Элерса-Данлоса, фиброз и некоторые виды рака, а также закладывает основу для инноваций в области биоматериалов и регенеративной медицины.
Прорыв крио-ЭМ в структурной биологии
Несмотря на повсеместность коллагена в биологии человека, глубокое изучение его структур с высоким разрешением оставалось сложной задачей. Традиционные методы, такие как рентгеновская кристаллография и волоконная дифракция, дают ценную информацию, но не могут запечатлеть упаковку коллагена в сложных сборках. Крио-ЭМ преодолела эти ограничения, позволив исследовательской группе визуализировать сложную архитектуру коллагена в новых деталях.
«Наше исследование совершенствует понимание коллагена и подчеркивает важность повторного исследования других биологических структур, которые считаются хорошо изученными», — резюмировал Эдвард Эгельман, почетный профессор кафедры биохимии и молекулярной генетики Виргинского университета.
Анализ коллагена в костях динозавра поставил точку в 30-летнем научном споре
У морских водорослей из Австралии нашли антивозрастные свойства