Хотя токсоплазмоз вызывает заболевание только у определенных людей, включая пациентов с ослабленным иммунитетом, беременных женщин и их младенцев, паразит T. gondii тесно связан с Plasmodium, вызывающим малярию. Исследования T. gondii могут дать представление о внутренней работе Plasmodium.Чтобы узнать больше об ферментах, известных как киназы, которые регулируют активность вызывающего токсоплазмоз паразита Toxoplasma gondii, научный сотрудник Уайтхеда Себастьян Луридо и его команда наняли маловероятного помощника: альпаку. В отличие от людей, чьи антитела имеют тяжелую цепь и легкую цепь, альпаки создают антитела, состоящие только из тяжелых цепей, которые могут быть преобразованы в еще более мелкие фрагменты антител, известные как нанотела.
Нанотела альпаки имеют уникальную форму, которая позволяет им проникать в укромные уголки и щели белка, недоступные для обычных антител.Работая с учеными из лаборатории члена Уайтхеда Хидде Плоэга, лаборатории Томаса Шварца в Массачусетском технологическом институте и Д. Shaw Research, Луридо идентифицировали нанотело против фермента CDPK1 T. gondii (для «кальций-зависимой протеинкиназы 1»), которое связывает регуляторный домен киназы, и выявили ранее недооцененную особенность его активации.
CDPK необходимы T. gondii и родственным паразитам для вторжения в клетки-хозяева и выхода из них, перемещения и размножения. По словам Луридо, это один из первых случаев, когда нанотела были использованы для расшифровки внутренней работы фермента.Удобно, что нанотело, называемое 1B7, стабилизирует CDPK1 в конформации, которая позволила исследователям в лаборатории Шварца решить структуру киназы и описать взаимодействие нанотела с молекулой. Имея такую структуру, лаборатория Шоу создала моделирование молекулярной динамики фермента в долгосрочном масштабе, чтобы смоделировать события, приводящие к инактивации киназы.
Подробная информация о работе команды опубликована на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).Структурная гомология между CDPK и кальмодулин-зависимыми киназами (CaMK), обнаруженными у людей, привела к более ранним предположениям, что оба типа ферментов активируются сходным образом. Но работа команды говорит об обратном.
CaMK активируется, когда клин, удерживающий его в неактивном состоянии, отбрасывается. Напротив, Луридо сравнивает активное строение CDPK со сломанной рукой, которая должна быть наложена шиной в двух местах, чтобы сохранить ее целостность.
Когда жесткая шина удаляется, киназа теряет свою структурную способность функционировать. Блокируя регуляторный домен CDPK1, нанотело 1B7 ингибирует киназу, предотвращая прикрепление шины фермента.
«Эта работа раскрывает кое-что интересное об этом классе ферментов», — говорит Луридо. «Впервые показано, что киназа, регулируемая кальцием, активируется таким образом. Принцип, который мы определяем, действительно важен: мы обнаружили новую уязвимость в ферменте, который, как мы знаем, чрезвычайно важен для этого класса паразитов. — включая Plasmodium, паразита, вызывающего малярию, — и отсутствует у людей ».
Поскольку у людей нет подобных киназ, лекарства, нацеленные на CDPK, не будут влиять на клетки-хозяева.«Место, где 1B7 связывается с CDPK1, является новой лекарственной мишенью, о которой люди раньше не задумывались», — говорит Джессика Ингрэм, научный сотрудник лаборатории Плоэга и один из ведущих авторов статьи PNAS. «Мы хотели бы провести некоторые проверки на наркотики в присутствии нанотела, чтобы увидеть, сможем ли мы найти небольшие молекулы, которые связываются таким же образом.
Мы также могли бы изучить другие нанотела против других киназ, чтобы увидеть, применимо ли это к другим паразитам. и системы ".Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения (NIH; GM103403, T32GM007287, 1DP5OD017892), Министерством энергетики США (контракт DE-AC02-06CH11357), Национальным научным фондом (грант 1122374) и Германской службой академических обменов (DAAD PROMOS). .