物質と膜タンパク質のシグナル伝達の研究-どのように体の仕組みを理&

膜タンパク質についての生物物理学者会談、重度の疾患の治療におけるそれらの結晶化と役割の難しさ。 私たちは、高度な研究膜タンパク質MIPT教授ゲオルクByuldtの研究室の頭と話しました。

博士号を受ける前に、私は物理学に従事していたが、後には、バーゼル（スイス）、バイオ研究のセンター、バーゼル大学で非常に良好な研究所で、生物学に移動しました。 あなたは完全に新しい分野で物理学から来るとき-生物学、あなたは同僚の理解の難しさを持って、あなたは何をすべきか、すべては、あなたに新しいです。 私はその構造を知られていなかった脂質膜の研究を始めています。 いくつかの時間後、私はこれは私がその興味深いものではありません、とだけ、私は後で膜タンパク質の私に言った私の友人になった人に会った方向であることに気づきました。

人体における膜タンパク質の役割

科学者は、細胞を発見したとき、同時に、我々は、彼らは、それが後で判明したとして、脂質およびタンパク質で構成され、壁の種類によって囲まれていることを見出しました。 膜壁中のタンパク質の研究の重要性は、すぐに明らかになりました。 70年以内に、科学者たちが次々と単離され、これらのタンパク質を調べました。

細胞間コミュニケーション、ならびに全体としての身体内の情報の送信は、例えば、ホルモンなどの小分子を、作りました。 これらのホルモンは、タンパク質と結合する膜であり、またはそれらは、細胞の挙動に影響を与えることはできません。 すぐに直接我々の体内で発生するプロセスを理解するために、一般的に健康に関係しているので、これらのタンパク質の構造と機能を知っていることは、非常に有用であることが明らかになりました。 脳のような特殊な器官は、順番に、脳に信号を送信した細胞と相互作用するホルモンを分泌します。 つまり、このシステムは、両方向に働きます。 したがって、物質と膜タンパク質のシグナル伝達の研究では、ボディワークを理解することの重要な部分です。

今、誰もが与える影響について議論メルドニウム細胞中の酸素の供給と需要のバランスを回復するために。

私が興味を持った最初の膜タンパク質は、バクテリオロドプシンの古細菌でした。 その時、その構造の研究は、40年以上にわたって続きました。 次いで、バーゼルでは、膜タンパク質を結晶化することが容易になったことにより、法により鋳造されました。 従来の方法で結晶化した最初のタンパク質は、反応は、光合成細菌の中心になりました。 これは、ノーベル賞を受賞した、ハルトムート・ミヒェルを結晶化しました。 ユルク・ローゼンブッシュによって発明された新しい同じ方法が、彼は異なっていました。 以前に、タンパク質は、膜の洗浄剤とは異なりに溶解しました。 ローゼンブッシュは、膜に直接結晶化方法を思い付きました。 時間が経つにつれて、この方法は、非常に成功しています。 例えば、Gタンパク質共役受容体（GPCR）との共役構造をMIPTディムCherezovsこの方法で同定されました。

物理学は、それが物理学の方法を適用することができ、これらの研究のように、構造体の定義を従事しようとするので、膜タンパク質は、とりわけ、私も興味があります。 膜タンパク質を研究することによって、私は、彼らは非常に興味深い機能を実行することに気づいたので、また分光法に従事しました。 それから私は、これらのタンパク質は、通信およびセル全体の文脈における膜タンパク質の研究に私を導いた材料の転送に非常に重要な役割を果たしていることが分かりました。 最近では、私は、ミトコンドリアマトリックスに、例えば、セルにおいて信号を転送する方法およびタンパク質が輸送される方法を見つけることにしました。

タンパク質結晶化に伴う困難で

MIPTでの研究は、我々は、膜タンパク質の構造と機能の研究を始めました。 研究室の主方向は、 - それは、タンパク質の結晶化です。 しかし、我々はまた、構造を決定するための機器を持っている、と私たちは、これらのタンパク質が細胞内にどのように機能するかを見てみたいです。 この目的のためにはˆ2万ドル顕微鏡ツァイスを取得しました。 通常、コンパクト、便利なツールとしての微視的な思考が、それは、顕微鏡様々なデバイスで満たされています。 これは、解決するために、細胞および他の生物学的問題を研究するためのすべての現在利用可能な方法を使用することができ、本当に美しいマシンです。 今後は、FT-IR分光法、ラマン分光法、細胞選別を使用します。

この研究室でのソリューションと連携。 例えば、結晶性物質を生成するためには、多くの操作を実行する必要があります。 それは、例えば、ゲノム、合成されたタンパク質から所望の遺伝子を単離する必要があり、細菌または酵母、または昆虫の細胞。 それらは主にタンパク質の合成のために使用されるので、細胞は、典型的には、大腸菌（Escherichia coli）で始まります。 ときは純粋な物質には、結晶化に進むことができます。 か、結晶を取得しようとします。

次のようにここでの困難があります。 現代の技術はfemtolitrah（10-15 L）で測定されたボリュームを操作することができます。 私たちは、1試行に対応し、それぞれが96細胞を用いたボードを持っています。 その後、我々はそれらを自動的に記入し、コンピュータ上で閲覧することができます画像を取得し、我々は、所望の結果を取得したりしないように、見ることができます。 時には、あなたはこれらのプレートの百を使用する必要があり、それが結晶を得るために万試みを取ることですが、それでも結果を取得できません。 パラメータの多くは変更になる場合がありますので、必要に応じてこのように多くの試み：各種界面活性剤、各種緩衝液、種々の温度を使用することも可能であるが - これはすべての結果の多種多様につながります。 所望の結果を達成するために、世界のすべての研究室は、タンパク質結晶の生成を自動化するために頼ってきました。

膜中の結晶化の新しい方法では、このプロセスは、少し複雑になってきています。 膜タンパク質の結晶化プロセスのために、また自動化される前に存在しなかったが、それは可溶性タンパク質の場合よりも複雑です。

光遺伝学上および失明の治療

私たちは長い時間のために働いている様々なレチナール含有タンパク質、の結果を持っています。 彼らは、光遺伝学の文脈で重要になってきました。 ここで、1は頼むかもしれない：なぜそんなに多くは現在、網膜含有タンパク質に従事していますか？ 彼らが最初に結晶化しようとしたように、すべての後、彼らは、以前に重要でした。 しかし、今の結晶は、我々はそれらの機能を知って、得られています。 では、なぜ彼らと仕事を続けますか？ これは、神経インパルスを作成および管理するために網膜含有タンパク質を使用する可能性の発見によるものです。
例えば、チャネルタンパク質ロドプシン-2（チャネルロドプシン-2、CHR2）、膜を通るカチオンの通過のためのチャネルとして働くがあるが、これは青色光の形で信号を必要とします。 この場合には、タンパク質の立体配座は、チャネルが開き、陽イオンは通過することができ、変更されます。 あなたが神経細胞にこのシステムを配置する場合、神経インパルスを作成することができる光のちょうどフラッシュです。 galorodopsin（ハロロドプシン）、また網膜含有に属し、塩化物イオンの輸送に責任がある - この勢いを中断する別のタンパク質があります。 セルに最初にあった正電荷が、あなたは今、負の補償ので、勢いを止めることができます。

したがって、我々は、作成するのに最適な方法を持っているし、神経インパルスを停止します。 これは、現在、多くの政府によってサポートされている光遺伝学、研究にこれらのタンパク質を使用する方法の一つです。 多くの予測、それが今年のノーベル賞のための意志それがありました。
この方向での用語は、有用な結果の様々な得ることができます。 個人的に、私は、網膜の破壊である失明の治療、夢見ます。 例えば、これらの2つのタンパク質の中に配置することができる網膜神経節細胞の背後に配置されています。 そして、脳に行く神経インパルスは、光の影響下にあるように見えます。 おそらく1日、これらの人々は、少なくとも黒と白のビジョンを持っています。
もう一つの方向は - パーキンソン病です。 今ではそれらを介して脳とパルスアクションの特定の領域に電極を導入することによって癒すしようとしています。 この専用のグループは、Yulyuhの研究センターがあります。 電気パルスは、脳の重要な部分に適用しながら、光は、小容量で制御することができるので、光の助けを借りて、おそらくはるかに効率的かつ正確に行うことが可能になります。

今日の世界は、私たちはまた、これに取り組んでいる、光遺伝学に関連したプロジェクトの数を開発しています。 また、我々は、他の網膜を含むタンパク質をすでに知っているそれらの構造を見ており、それは、同様に使用することができます。

老化の研究と実用化の見通しについて

ヴァディムCherezovaのグループは、新規タンパク質を結晶化しようとしています。 私は通信GPCRタンパク質に関与して上述しました。 彼らは家族の範囲に分割することができる800以上の受容体、複数のを形成しています。 私たちは、シミュレーションの助けを借りて、他のタンパク質の構造を得ることができると思っていたように、それぞれの家族のタンパク質構造を知っていただきたいと思います。 これは、多くの時間を必要とするが、それは新たな治療法の開発に関連付けられているので、それは非常に重要です。

当社グループでは、膜を介した物質の移動のためのチャネルとして機能するタンパク質を調べます。 また、加齢にバレンティンGordeliyに興味を持っています。 我々は、細胞死、老化を研究し、膜タンパク質の役割だけでなく、膜全体の老化を明確にしたいです。

今日の世界では、人々は通常、がんや心臓攻撃などの問題から死にます。 あなたはそれから死ぬことはない場合でも、それは死の原因でしょうか？ 私たちは、がんや心臓発作を硬化させたとします。 それから？ 科学者たちは、このテーマに関するさまざまなアイデアを持っています。 あなたが食べるときにたとえば、あなたがDNAに損傷を与える可能性がフリーラジカルを生成します。 これは死の究極的な原因であるかどうか？ これらの問題に関する世界中で、多くの研究者が取り組んでいます。 それはセル通信に関連しているので、それは、細胞膜の研究と重なります。

各膜タンパク質のための可能な事業化 - 彼らはすべての細胞の健康に関連付けられているように、信号の伝送、および物質の移動の責任者に参加するため。 医療目的のために、これらのタンパク質と相互作用する物質を生成できることが非常に重要です。 また、製薬会社は、医学的使用の前に、これらの薬剤を改善する必要があります。 コンピュータによって既存の方法に基づいて、より効果的な薬を得ることに従事して大きな研究室があります。 私たちは同じことを行うことができます。 しかし、我々はあなたが良い薬を持っていますが、あなたは小さな機関を実行しているとき、それは患者にそれをもたらすのに十分なお金ではないため、これらの企業と仕事をしなければなりません。 あなたは高価な臨床試験の多くの段階を経る必要があります。 したがって、このような一般的な問題について私たちの仕事のような小さな機関、我々は良いもの、または構造を見つけた場合、それを大企業に販売したり、それのためにお金を受け取ることなく、公表します。 その後、製薬会社が医薬品の生産を開始することができるようになります。

我々は、タンパク質の構造を得るでしょうし、それはまだ高価な試験を実施するのに十分なお金を持っていないような小さな企業では通常であるため、彼らは、大手製薬会社を渡すために、それをさらに発展で動作します。