Коллаген, самый распространенный белок в организме, долгое время считался предсказуемым структурным компонентом тканей. Однако новое исследование, проведенное под руководством Райсского университета, бросает вызов этому представлению, выявляя неожиданную конформацию в структуре коллагена, которая может переформатировать биомедицинские исследования.
Чтобы изучить сборку коллагена на атомном уровне, исследовательская группа разработала систему самосборных пептидов, основанных на коллагеноподобном участке C1q, ключевого иммунного белка. Затем они использовали крио-ЭМ, технологию, которая позволяет ученым визуализировать биомолекулы с беспрецедентной детализацией, чтобы проанализировать структуру собранных пептидов. Полученная модель выявила отклонение от канонического правого суперспирального витка.
«Отсутствие суперспирального витка позволяет осуществлять молекулярные взаимодействия, которые ранее не наблюдались в коллагене», — сказал Ю, бывший аспирант Хартгеринка, который сейчас является постдоком в Вашингтонском университете.
Последствия этого открытия могут выйти за рамки фундаментальной биологии. Коллаген — это не просто структурный белок, но он играет важную роль в клеточной сигнализации, иммунной функции и восстановлении тканей.
Получая более глубокое понимание структурной изменчивости коллагена, исследователи могут открыть новые знания о болезнях, при которых нарушается сборка коллагена, включая синдром Элерса-Данло, фиброз и некоторые виды рака.
Кроме того, эта работа закладывает основу для инноваций в области биоматериалов и регенеративной медицины. Используя уникальные структурные свойства этой недавно идентифицированной конформации коллагена, ученые могут создавать новые материалы для заживления ран, тканевой инженерии и доставки лекарств.
Несмотря на повсеместное распространение коллагена в человеческой биологии, изучение его структур высшего порядка с высоким разрешением было сложной задачей. Традиционные методы, такие как рентгеновская кристаллография и дифракция волокон, предоставили ценные сведения, но не смогли захватить упаковку коллагена в сложных сборках. Крио-ЭМ, однако, преодолела эти ограничения, позволив исследовательской группе визуализировать сложную архитектуру коллагена с новой детализацией.