Биофизики раскрыли механизм включения рецептора, связанного с развитием рака
Ученые из МФТИ, ИБХ РАН и НИИ системной биологии и медицины совместно с коллегами из Южной Кореи и США выяснили, как холестерин на внутренней стороне клеточной мембраны управляет работой рецептора эпидермального фактора роста (EGFR). Этот рецептор запускает деление клеток, а его избыточная активность связана с развитием онкологических заболеваний.
Рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) — трансмембранный белок, который отвечает за «чувствительность» клетки к молекулярным биохимическим сигналам, запускающим клеточное деление. Нарушение работы рецептора, его чрезмерная активность приводит к тому, что клетка бесконтрольно размножается, а это может привести к образованию раковой опухоли.
Авторы выяснили, что важнейшую роль в этом процессе играет холестерин на внутренней цитоплазматической стороне клеточной мембраны. Ранее считалось, что холестерин в мембране только ингибирует (подавляет) активность EGFR. В исследовании ученые убедительно доказали, что та же молекула холестерина с внутренней цитоплазматической стороны мембраны служит своеобразным «замковым камнем», стабилизирующим уже активную димерную конформацию EGFR. Оказалось, что холестерин встраивается в специальный «карман» между мембранными сегментами рецептора, стабилизируя рецептор в активной конформации для проведения биохимического сигнала внутрь клетки.
«Мы показали, что холестерин во внутренней цитоплазматической части мембраны — не просто пассивная добавка, а полноценный регуляторный переключатель. Без него активная конформация димера рецептора EGFR нестабильна, что не позволяет надежно провести через мембрану биохимический сигнал на пролиферацию клетки. Это указывает на согласованность белок-липидных взаимодействий и раскрывает биофизические принципы передачи сигнала через клеточную мембрану. Кроме того, данный факт дает молекулярное обоснование тому, почему статины — лекарства, снижающие холестерин — могут подавлять рост некоторых раковых клеток. Вероятно, их терапевтический эффект частично связан с дефицитом холестерина именно во внутреннем слое мембраны, что мешает рецепторам EGFR полноценно «включаться»», — рассказал один из авторов исследования, старший научный сотрудник Центра исследований молекулярных механизмов старения и возрастных заболеваний МФТИ, заведующий лабораторией биомолекулярной ЯМР-спектроскопии ГНЦ ИБХ РАН Эдуард Бочаров.
Для измерения белок-белковых контактов исследователи адаптировали созданный ими ранее метод ко-иммобилизации одиночных молекул (Co‑II), заменив один из белков флуоресцентно меченым липидом, что впервые позволило в реальном времени количественно оценить взаимодействие между отдельной молекулой холестерина и рецептором прямо в плазматической мембране живой клетки.
Суть метода состоит в том, что на стеклянной поверхности, на которой лежат живые клетки, закреплены вторичные антитела. Когда в среду добавляют первичные антитела против определенной метки на «приманочном» (bait) белке, все молекулы этого белка оказываются буквально пришитыми к стеклу через цепочку антител. Если липидные молекулы-«жертвы» (prey), меченные флуоресцентной меткой, взаимодействуют с иммобилизованным белком-приманкой, они тоже становятся неподвижными. Таким образом, метод Co‑II дает возможность буквально «увидеть» момент связывания и подсчитать, какая доля молекул липида вовлечена в комплекс.
Авторы отмечают, что полученные результаты открывают новую мишень для противораковой терапии — карман между трансмембранными доменами EGFR, куда садится холестерин. Если найти молекулу, которая модифицирует этот карман, можно попытаться заблокировать рецептор, который уже активирован сигналом.
В ближайших планах исследователей — проверить, работает ли такой же механизм у других рецепторов семейства ErbB, например, у ErbB2 (HER2), который является онкомаркером и вовлечен в патогенез рака груди.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.