Fehérjéinkben lehet kódolva az öregkori elbutulás

Amikor egy fehérjemolekula fel- és összehajtogatja önmagát, akkor számtalan szabály közepette, de mégis titokzatosan cselekszik. A felépítő egységek, az aminosavak kooperációja és kölcsönhatása diktál, a feltekeredett fehérjeláncok viszont egymás között újabb kölcsönhatásoknak engedelmeskednek – így jön létre a becsomagolt fehérjefelszín, a sejtszintű élet molekuláris színtere.

Összetett fehérjespirál

A létrejövő csomagocskák felszíne meghatározza azt, hogy más fehérjékkel, DNS-sel, RNS-el stb. ütközve kölcsönhatnak-e, és így információt adnak-e tovább, alakítva ezzel osztódást, szállítást, lebontást és minden mást szervezetünk háztartásában.

Ráadásul ezek az öncsomagoló, információt közvetítő makromolekulák a biokémiai környezetük függvényében változtatni is képesek a csomagolás módján, és így a csomag alakján.

És mert a fehérjék világában a külcsín (a csomagolás) a molekuláris üzenet maga, ennek megértése döntő – emeli ki Perczel András, az ELTE TTK szerkezetkutatója. Ilyen a rákkutatás területén a Ras fehérjecsalád elemeinek csomagoltsága. Ezek 3D alakja hasonló, ám töltésmintázatuk – a „csomagolópapír” mintázata és színe – eltérő. Így tudnak helyes vagy hibás partnerfehérjét választani, és a biológiai üzenet is így halad jól vagy rosszul tovább, ami végső soron a sejten belüli életet vagy éppen végzetet jelenti.

Összeragadt, sérült struktúrák

Érdekes, hogy ezek az evolúció nyomása alatt látszólag „öntudatossá” vált rendszerek, amelyek ráadásul saját hibajavító mechanizmussal is rendelkeznek, néhol kódolt lazaságot, potenciális hibát tartalmaznak. Kézenfekvő, hogy mivel az élet véges, öregszünk, talán maguk a fehérjék is elfáradhatnak. Egyes neurodegeneratív betegségeknél, mint pl. az Alzheimer-, a Parkinson-kór vagy az öregkori elbutulás molekuláris hátterének megértése során valóban sikerült kimutatni azt, hogy a fehérjeláncok egyes részei valamiért megváltoznak, csomagolásuk sérül, és összeragadnak, mint a spagettiszálak. Ezek aztán lerakódhatnak az agy különböző területein, gátolva, akár meg is akadályozva a normális működést.

Perczel András szerves- és szerkezeti kémikus, egyetemi tanár, a Magyar Tudományos Akadémia rendes tagja, az MTA–ELTE Fehérje Modellező Kutatócsoport és az ELTE TTK Szerves Kémia Tanszék vezetője. Fő kutatási területe a biomolekulák szerkezetvizsgálata és a fehérjék NMR spektroszkópiája. 2011-ben a Bolyai János alkotói díj kitüntetettje. Legfontosabb tudományos eredményeit az alkalmazott spektroszkópia (CD, NMR, stb.), a kvantumkémia, a molekula modellezés és molekulaszintézis (szénhidrátok, glikopeptidek, fehérjék) területeken érte le. Figyelme fókuszában elsősorban a polipeptidek és fehérjék dinamikus térszerkezete és a biológiai hatású molekuláris hátterének feltérképezése áll, vizsgálataik kiterjednek az in vitro és in vivo molekuláris és nano-rendszerekre is. Összesen több mint 250 tudományos közlemény szerzője vagy társszerzője, amelyek elsősorban angol nyelven jelentek meg, ezekre több mint 4800 független hivatkozás érkezett.

Forradalmi változások várhatók

A fehérjék térszerkezetének és becsomagoltságának kutatása tehát választ adhat egy sor öregedéssel és betegségekkel kapcsolatos biológiai problémára. Ám pont e „hibák” megjelenése teszi alkalmassá a fehérjét arra is, hogy „fejlődjön és adaptálódjon” a változó környezetében, hogy aztán akár egészen más működésbe kezdjen, mint tette azt korábban. A fehérjék célszerűen és biztonságosan evolválható (fejleszthető) molekulák – ilyen felfedezésekért adták a 2018-as kémiai Nobel-díjat.

Mivel a fehérjék világa számítógépes adatelemzéssel, látványos adatmegjelenítéssel vagy animációval jól vizualizálható, ez a lehetőség szélesre nyitja a fehérjekutatás kapuit mindenki előtt, aki valami komolyat akar felfedezni. Ezeknek a fehérje-térszerkezeti kutatásoknak az eredményeképpen egyre közelebb kerülünk a neurodegeneratív betegségek megértéséhez, az öregkori elbutulás gyógyításához.

Szélesvásznú kémia néven szórakoztató, ismeretterjesztő sorozat indult, amely magyar fehérjekutatók legújabb eredményeit mutatja be, humoros, látványos filmes köntösben. Az első rész, melyet Perczel András szerkezeti kémikus szakmai irányításával készítettek, a fehérjekutatás alapjaival ismerteti meg a nézőt.

Borítókép: Dr. Perczel András, az MTA-ELTE Fehérje Modellező Kutatócsoport vezetője