Проекты

Исследование белка WBSCR27

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Курчатовский проект - от знаний к практике, от практики к результату» в секции «Поиск» среди работ учащихся 10-11 классов

Направление работы: Биохимия, Биоинформатика
Авторы работы: ГБОУ Школа имени Маршала В.И. Чуйкова
Предметы: Химия
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Курчатовский проект − от знаний к практике, от практики к результату» 17 апреля 2019 года

Актуальность работы

Работа посвящена изучению белка WBSCR27, ассоциированного с синдромом Вильямса. Это заболевание вызвано делецией участка из 26 генов на седьмой хромосоме человека.

Одним из отсутствующих генов является WBSCR27, кодирующий одноимённый белок, активность которого изучается в настоящем исследовании.

Ранее было обнаружено, что белок WBSCR27, содержащийся в эукариотических организмах, может катализировать реакцию отщепления аденина, как это происходит у прокариот, что не может делать ни один из ранее известных ферментов эукариот, поэтому изучение свойств этого белка является перспективным исследованием.

Цель

исследование свойств белка WBSCR27.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Проверка способности белка катализировать отщепление аденина от аналогов S-аденозил-L-гомоцистеина (SAH) с использованием одномерной ЯМР-спектроскопии.

2. Идентификация сайта связывания SAH с белком с использованием двумерной гетероядерной спектроскопии на 15N-меченом белке.

3. Создание модели сайта связывания с помощью компьютерного моделирования.

4. Выделение субстрата метилирования.

Описание работы

В качестве аналогов SAH были выбраны следующие соединения: метилтиоаденозин (MTA), 5’-дезоксиаденозин (5’dAdo), аденозин (Ado) и S-аденозил-L-метионин (SAМ). Реакции проводили в одинаковых условиях в присутствии буферного раствора в течение 5 дней при температуре 35°С, периодически регистрируя спектры ЯМР. Выяснилось, что за период наблюдений реакция с МТА полностью прошла, реакция с 5’dAdo прошла не полностью, реакция с аденозином не прошла, а в процессе реакции белка с SAM наблюдался процесс расщепления SAM c образованием МТА, а также отщепления аденина от МТА или SAM. На следующем этапе работы была выполнена идентификация сайта связывания. Для этой цели авторы использовали 2D-гетероядерную спектроскопию ЯМР на ядрах 1Н и 15N, что позволило обнаружить аминокислоты, участвующие в связывании ко-фактора. Полученные данные об аминокислотах, входящих в сайт связывания, были использованы для создания 3D-модели комплекса белок-лиганд с помощью метода молекулярного докинга в программе Haddock. Эта программа позволяет работать с экспериментальными данными и представляет несколько возможных структур. Для выделения субстрата потенциальной метилтрансферазы авторы решили использовать азид-алкиновое циклоприсоединение модифицированного биотина с последующим выделением модифицированного субстрата с помощью стрептавидиновой смолы. Известно, что метилтрансферазы способны переносить не только метильную, но и некоторые другие группы с модифицированной молекулы SAM на субстрат. Поэтому производное SAM с тройной связью на замещённой группе позволило бы переместить эту группу на субстрат и выделить его. Для этой цели авторы синтезировали (E)-1-бромо-4-(проп-2-ин-1-илокси)бут-2-ен. Авторы также пытались синтезировать 1-бромогекс-2-ен-5-ин, пропаргил-SAM, гомопропаргил-SAM, но за время наблюдения реакции не успели пройти полностью: видимо, требуются изменения условий проведения реакции.

Результаты

1) Белок WBSCR27 катализирует отщепление аденина от SAH и его аналогов − MTA и 5'dAdo, однако не катализирует аналогичную реакцию с аденозином.

2) В белке WBSCR27 идентифицирован сайт связывания ко-фактора методом двухмерной спектроскопии ЯМР (1H-15N 2D HSQC).

3) Синтезирован (E)-1-бромо-4-(проп-2-ин-1-илокси)бут-2-ен, необходимый для синтеза аналогов SAM, содержащих терминальную тройную связь.

Оснащение и оборудование, использованное в работе

ЯМР-спектрометр Bruker AVANCE 600 MHz.

Программное обеспечение HADDOCK2.2.

Химическая посуда и оборудование для органического синтеза.

Награды/достижения

Диплом 3 степени – Всероссийская научно-практическая конференция-конкурс «Авангард».

Диплом призёра открытой городской научно-практической конференции «Наука для жизни» в секции «Нанотехнологии. Теоретические и фундаментальные исследования. Математика и механика» среди работ учащихся 10−11 классов.

Сотрудничество с вузом при создании работы

Факультет Фундаментальной Медицины МГУ имени М.В. Ломоносова.

Перспективы развития результатов работы

В дальнейшие планы работы входит предположение механизма отщепления аденина, проверка возможности протекания данной реакции под действием других метилтрансфераз, а также выделение субстрата метилирования.