Исследование конформационной изменчивости молекулярных шаперонинов GroEL/GroES в растворе методом малоуглового диффузного рассеяния рентгеновских лучей

Олигомерные белки теплового шока — 14-субьединичный «двухкольцевой» GroEL (800kDa) и 7-субъединичный «однокольцевой» GroES (70kDa) играют важную роль в процессах сворачивания и транспорта других белков в клетках E. coli, связываясь с ненативными конформационными состояниями белковых цепей и участвуя в их сворачивании. Благодаря этой функции они названы молекулярными шаперонами. Способность GroEL содействовать правильному сворачиванию других белков [Todd et al., 1995, Gray et al., 1991] делает привлекательным его использование в биотехнологии для реактивации вновь синтезируемых белков [Keresztessy et al., 1996]. Однако, сложная олигомерная структура GroEL и наличие ряда лигандов, участвующих в осуществлении его функции [Goloubinoff et al., 1989, Vitannen et al., 1990] затрудняют выяснение механизма его участия в процессе сворачивания белков. В этой ситуации может помочь исследование структурной организации GroEL в присутствии низкомолекулярных субстратов (ионов К и Mg, нуклеотидов АДФ и АТФ) а также при его взаимодействии с GroES и ненативным субстратом. Информацию о структуре белков в растворе можно получить несколькими методами, например ядерным магнитным резонансом (ЯМР), электронной микроскопией, а также рентгеноструктурными исследованиями. Однако эти методы не только очень трудоемки, но, к сожалению не всегда применимы. В частности методом ЯМР невозможно исследовать большие белки. Структура белка, полученная электронной микроскопией, может быть искажена из-за влияния подложки, а для рентгеноструктурных исследований не всегда удается получить кристаллы белков с лигандами. К тому же, неструктурированные субстраты не могут быть исследованы этим методом.

В данной работе мы исследовали структуру СгоЕЬ и ОгоЕБ, а также их комплекса в растворе, используя метод диффузного малоуглового рентгеновского рассеяния. Этот метод позволяет получать информацию об изменении общих размеров белков в растворе (радиус инерции белка). Однако если применить компьютерное моделирование, используя известные из кристаллографии координаты атомов белка, то возможности метода существенно расширяются, и оказывается возможным получить информацию о крупномасштабных изменениях в структуре белка. При моделировании использовались координаты атомов СтгоЕЬ и СгоЕБ известные из данных по рентгеноструктурному анализу этих белков в кристалле. Задача моделирования состоит в том, чтобы рассчитать кривые рассеяния, меняя некоторым образом предполагаемую модель, до получения наилучшего согласия рассчитанных от модели кривых рентгеновского рассеяния с экспериментально измеренными.

Проведенные в работе исследования позволяют приблизиться к пониманию природы субстрат-зависимого функционирования ОгоЕЬ как молекулярного шаперона, участвующего в процессе созревания белков в клетке. Показан масштаб конформационных изменений, происходящих в структуре ОгоЕЬ в процессе его функционирования в растворе.

II. Литературный обзор