Magyar kutatók forradalmi módszerrel fejtették meg egy létfontosságú fehérje térszerkezetét

Illusztráció

A 2017-ben Nobel-díjjal elismert krio-elektronmikroszkópia módszere várhatóan átírja a biokémiát, az immunológiát, a genetikát, szinte minden biomolekuláris tudományágat. Perczel András és kutatótársai ennek segítségével derítették fel egy fontos fehérje térszerkezetét. Felfedezésük egyes nemkívánt gyógyszerkölcsönhatások elkerülésében is segíthet.

Az ember genetikai kódjának ismeretében a tudomány ma már meglehetősen pontos képet alkotott arról, hogy milyen fehérjék fordulnak elő szervezetünkben. A DNS-ben található információ azonban csak a fehérje építőkockáinak, az aminosavaknak sorrendjét adja meg. Ahhoz, hogy megtudjuk, mire képes egy adott fehérje a valóságban – milyen molekulákkal lép kapcsolatba, milyen reakciókban vesz részt, – ki kell deríteni azt is, hogy ez a jellemzően több száz elemből álló aminosavlánc milyen térbeli alakzatot vesz fel.

Perczel András akadémikus és kutatótársai az ELKH-ELTE Fehérjemodellező Kutatócsoportban és az ELTE Szerkezeti Kémiai és Biológiai Laboratóriumban sejtjeink egyik fontos "minőségbiztosítójának" a szerkezetét próbálták felderíteni. Az AAP (acilaminoacil-peptidáz) nevű enzim amellett, hogy fontos szerepet játszik a sérült fehérjék lebontásában, veszélyessé teszi, hogy a betegek együtt szedjenek egy, a pszichés zavarok és epilepszia ellen használatos gyógyszert (valproát) és bizonyos antibiotikumokat. Az AAP szerkezetének és működésének ismerete így akár közvetlen segítséget jelenthet számos betegnek.

Illusztráció Forrás: Science Photo Library

Az enzim térszerkezetének meghatározását azonban megnehezítette egy, a kutatók számra igencsak kellemetlen tulajdonsága: nem lehet jól kristályosítani. Márpedig a szerkezetmeghatározásának legelterjedtebb módszerét, a röntgendiffrakciót csak olyan molekulák esetében lehet használni, melyek e téren jól teljesítenek. Az egymás mellett "LEGO-kockákként", kristályszerkezetbe rendeződő molekulák a röngendiffrakciós eljárás során egyfajta erősítőként működnek: minél nagyobb a kristály, annál pontosabb lehet a szerkezetmeghatározás.

Meg kellett várnunk annak a technológiának a megjelenését, amelynek segítségével nem csupán a kristályosítható, hanem gyakorlatilag szinte minden nagyobb fehérje térszerkezete vizsgálhatóvá válik: ez pedig a krio-eletronmikroszkópia.

E vizsgálati módszer kifejlesztői jogosan kaptak 2017-ben Nobel-díjat, hiszen az utóbbi évtizedben az eljárás felnőtt arra a szintre, hogy ma már ugyanolyan részletgazdag 3D képet kaphatunk vele a molekuláról, mint a röntgendiffrakció módszerével" – mondta a kutatást vezető Perczel András. Az AAP enzim fontossága mellett részben a krio-eletronmikroszkópia újszerűsége és forradalmi jelentősége indokolja azt, hogy a legújabb tanulmányainkat a címlapján mutatta be a Royal Society of Chemistry Chemical Science című rangos angol folyóirat.

A krio-elektronmikroszkópiában a fehérjemolekulák vizes oldatának egyetlen cseppjét fagyasztják le hirtelen és tartják igen alacsony hőmérsékleten, majd ezt az üvegszerűen átlátszó mintát "világítják át" fókuszált elektronnyalábokkal. Ebbe az oldatba a fehérjemolekula példányai a legkülönbözőbb irányokba fordulva fagynak bele, az elektronnyalábok pedig így a molekula különböző kétdimenziós vetületeit képezik le.

Ezekből a vetületekből lehet végül, bonyolult számítási eljárással összerakni a fehérje térbeli modelljét.

A számításokat, amelyek egy-egy ilyen mérésnél 6-8 terabájt nyers adat feldolgozását jelentik, és az eredmények értelmezéséhez vezetnek a magyar kutatók saját maguk végezték. Viszont a méréseket más laboratóriumoktól, illetve maguktól a mikroszkópgyártó cégektől kellett kooperáció keretében kérniük. Ahogy Perczel András fogalmaz, ez az új technológia "néhány éven belül úgy elterjed majd szerte a világban, mint annak idején a személyi számítógépek: kezdetben úri huncutságnak tűntek az asztali komputerek, ám ma már minden róluk szól a tudomány berkein belül is. Hatalmas ugrás lesz tehát az egész Kárpát-medence számára az, ha a napokban támogatást nyert Pécsi Tudományegyetemen felépülő krio-EM Kompetencia Központ megkezdi működését, ezzel lehetővé téve már itthon is a hatékony adatgyűjtést, a krio-EM technika bevonását a hazai szerkezetkutatás művelésébe és oktatásába."