Медведев К.
Исследование влияния высокого давления и высокой температуры на структуру белка Nip7 мелководных и глубоководных архей рода Pyrococcus методами молекулярной динамики.
Исследование влияния высокого давления и высокой температуры на структуру белка Nip7 мелководных и глубоководных архей рода Pyrococcus методами молекулярной динамики.
К. Е. Медведев
kirill-medvedev@yandex.ru
Давление – один из важных факторов внешней среды. Большинство живых организмов обитают при атмосферном давлении ~0,1 МПа, а воздействие на них повышенного давления нарушает работу таких систем как репликация, транскрипция, трансляция и синтез белка, транспорт веществ через мембраны, и приводит к гибели клеток. Однако существуют организмы-пьезофилы, которые способны жить при давлениях в тысячу раз больших атмосферного, например, на дне Марианской впадины (~100 МПа). Изучение механизмов адаптации этих организмов к высоким давлениям позволит выявить факторы, обеспечивающие устойчивость живых систем в экстремальных условиях, а их белки могут быть использованы в биотехнологии.
Высокое давление приводит к денатурации белка в результате проникновения молекул воды через поры внутрь гидрофобного ядра белка [1]. Один из перспективных подходов изучения этого процесса является подход молекулярно-динамического моделирования белковых структур при повышенном давлении.
В данной работе представлены результаты исследования молекулярной динамики влияние высоких давлений на структуру белка Nip7 гипертермофильных архей рода Pyrococcus, как глубоководных (P.abyssi, живущих на глубине 2200 м), так и мелководных (P. furiosus , живущих на глубинах порядка 100 м) видов. Эти белки вовлечены в биогенез рибосом, и участвуют в процессинге 27S пре-рРНК и в образовании 60S субъединицы рибосом [2].
В работе проведено сравнение компьютерных моделей трехмерных структур белков Nip7 из P. abyssi и P. furiosus при давлениях от 0,1МПа до 300МПа и температуре 300К и 373К, полученных при моделировании с помощью пакета программ GROMACS [3] в течение 50 наносекунд [2]. Показано, что деформация структуры Nip7 мелководной P. furiosus в целом больше, чем глубоководной P. abyssi. Кроме того, анализ компьютерных моделей белков Nip7 из P. abyssi и P. furiosus показал, что с увеличением давления площадь поверхности белка, доступной растворителю уменьшается. Для моделей Nip7 P. abyssi эта площадь меньше и ее относительные изменения меньше, чем у Nip7 из P. furiosus. Полученные данные свидетельствуют о том, что РНК-связывающий домен P.abyssi Nip7 белка более устойчив к воздействию высокого давления. Кроме того, анализ компьютерных моделей Nip7 белков из P. abyssi и P. furiosus показал, что площадь поверхности белка доступная растворителю уменьшается с увеличением давления. Данная площадь меньше для моделей Nip7 P. abyssi и ее относительное изменение меньше, чем у P. furiosus.
В целом, эти данные согласуются с важностью гидрофобных взаимодействий для формирования белковой глобулы [4] и предположительным механизмом денатурации белковых структур под высоким давлением [1].
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 11-04-01771-а; интеграционными проектами СО РАН № 109, 26, 119; НОЦ НГУ (REC-008), Государственным контрактом П857 и РАН программами А.II.6 и 24.2.
1. Hummer, G., Garde, S., Garcia, A.E., et al. (1998) The pressure dependence of hydrophobic interactions is consistent with the observed pressure denaturation of proteins, Proc.Natl. Acad. Sci. USA 95:1552–1555.
2. P.P. Coltri et al. (2007) Structural insights into the interaction of the Nip7 PUA domain with polyuridine RNA, Biochemistry 46:14177-14187.
3. D.Van der Spoel et al. (2005) GROMACS: Fast, Flexible and Free. J. Comp. Chem. 26:1701-1718.
4. Kauzmann, W. (1959) Some factors in the interpretation of protein denaturation, Adv. Protein Chem. 14:1-63.