Ученые определили структуру белка, причастного к синдрому лица эльфа

Сотрудники МГУ совместно с коллегами определили структуру белка, которого недостает у больных синдромом Вильямса — тяжелого генетического заболевания человека, известного как синдром лица эльфа, связанного с умственной отсталостью. Исследование поможет выявить связь недостатка изученного белка с проявлением симптомов болезни. Результаты работы опубликованы в журнале Frontiers in Molecular Biosciences, исследование проходило при грантовой поддержке Российского научного фонда (проекты № 21-64-00006 и 20-04-00736) и Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-04-00318).

Синдром Вильямса впервые описал кардиолог из Новой Зеландии Джон Вильямс в середине XX века: он заметил, что пациенты со сходными дефектами сердечно-сосудистой системы часто имеют определенные особенности внешности. Эти особенности вызывали сходство с лицами эльфов в английских книжных миниатюрах, из-за чего болезнь получила свое второе название, а самих больных даже рассматривают как гипотетический прототип образа эльфов в английской мифологии. Помимо «эльфийской» внешности для больных синдромом Вильямса характерны необычайное дружелюбие, доброта и отзывчивость. Все это проявляется на фоне умственной отсталости.

Этот синдром возникает из-за недостатка фрагмента ДНК, который «выпадает» в момент зачатия ребенка — с вероятностью около 1:20000 это происходит у совершенно здоровых родителей. Недостающий участок содержит от 25 до 28 генов, кодирующих белки. Исследованием наименее изученного из них — WBSCR27 (Williams-Beuren Syndrome Chromosome Region 27) — занялись ученые из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова (Москва). Авторы сравнили аминокислотную последовательность соответствующего белка со всеми известными науке белками и выяснили, что он имеет сходные черты с представителями класса метилтрансфераз, переносящих метильную группу (CH3-) на другие молекулы и часто играющих регуляторную роль в клетках.

Чтобы выяснить, действительно ли белок относится к метилтрансферазам, сотрудники МГУ проверили, с какими молекулами он может взаимодействовать и обнаружили, что WBSCR27 образует очень прочные связи с S-аденозил-L-метионином. Эта молекула играет роль донора CH3-группы для большинства известных метилтрансфераз, и, поскольку белок способен связывать эту молекулу, вероятнее всего, он должен уметь переносить метильную группу. Ученые поставили серию экспериментов, в которых пытались провести реакцию WBSCR27 с разными потенциальными мишенями, но ни с одной из них он не провзаимодействовал. Чтобы выяснить, с чем же белок наиболее вероятно может реагировать, исследователи определили его пространственное строение.

«Чтобы определить структуру белка, нам потребовалось проводить длительные эксперименты на мощных спектрометрах ядерного магнитного резонанса. Такой прибор есть и в нашей лаборатории, но его мощности для подобных экспериментов недостаточно, поэтому нам потребовалось задействовать спектрометры, расположенные в еще трех лабораториях, с которыми у нас есть договоренность о сотрудничестве: Academia Sinica на Тайване, Казанский федеральный университет и Российский университет дружбы народов. Так мы определили структуру белка WBSCR27 в растворе с разрешением до отдельных атомов, — рассказывает одна из авторов исследования, ведущий инженер Института функциональной геномики МГУ Софья Марьясина. — Сравнение полученной модели со структурами других белков показало, что основное структурное ядро белка образует укладку, характерную для метилтрансфераз.  Однако у нашего белка есть также подвижные участки, которые, судя по всему, отвечают за связывание с возможными мишенями. Они не имеют аналогов среди известных белков. Таким образом, на данный момент нельзя сказать, что именно делает белок WBSCR27 в клетках, но ясно, что он переносит куда-то метильную группу».

Известно много примеров, когда именно неправильная работа метилтрансфераз приводит к появлению тяжелых болезней. Например, замена одной единственной «буквы» ДНК (так называемая точечная мутация) в гене метилтрансферазы EMG1 вызывает синдром Боуэна-Конради — нарушение роста и глубокую задержку психомоторного развития, приводящие к смерти в раннем детстве. Мутация в гене другой метилтрансферазы (Cdkal1) приводит к затруднению созревания инсулина, что вызывает диабет. Неправильное метилирование ДНК отвечает за целый ряд аутоиммунных заболеваний (например ревматоидный артрит, системную красную волчанку и рассеянный склероз), а также играет важную роль в развитии онкологических заболеваний и в процессе старения.

Структура WBSCR27

Исходя из этих сведений, ученые предполагают, что именно белок WBSCR27 может оказаться ответственным за тяжелые патологии при синдроме Вильямса. Они рассчитывают, что определенная ими структура поможет ответить на этот вопрос и откроет путь к лечению болезни.

В исследовании приняли участие сотрудники факультета фундаментальной медицины МГУ, химического факультета МГУ, института функциональной геномики МГУ, Академии Синика (Тайвань), КФУ, ИБМХ, РУДН и Сколтеха.


Текст: пресс-служба МГУ

Mariasina Sofia S., Chang Chi-Fon, Navalayeu Tsimafei L., Chugunova Anastasia A., Efimov Sergey V., Zgoda Viktor G., Ivlev Vasily A., Dontsova Olga A., Sergiev Petr V., Polshakov Vladimir I. Williams-Beuren Syndrome Related Methyltransferase WBSCR27: From Structure to Possible Function, Frontiers in Molecular Biosciences, 2022. DOI=10.3389/fmolb.2022.865743