Ученые раскрывают ключевую стабилизирующую роль малых молекул

В течение десятилетий аминокислоты были добавлены в медицинские составы, такие как инсулин в качестве стабилизаторов: эти мелкие молекулы удерживают белки (то есть более крупные частицы) от взаимодействия нежелательными способами. И в течение десятилетий ученые знали, что это работает, но не почему.

Теперь международная команда ученых во главе с лабораторией супрамолекулярных наноматериалов и интерфейсов в Школе инженерии EPFL, наконец, объяснила «почему» – и в процессе обнаружила фундаментальный стабилизирующий эффект всех небольших молекул в решении. Обнаружение было опубликовано в Nature в сотрудничестве с Альфредо Александра-Кацем в MIT и исследователям в Южном университете науки и технологий в Китае, включая выпускников EPFL Чжи Луо.

«При суспендировании в растворе белки постоянно меняют форму вокруг центральной формы, и поэтому преобладающая теория заключается в том, что аминокислоты помогают не допускать неправильного сворачивания белков», – объясняет недавний выпускник PHD EPFL и первого автора Ting Mao.

«Теперь мы показываем, что это не так. Фактически, стабилизирующий эффект аминокислот имеет мало общего с биологией, но является скорее общим свойством всех мелких молекул по отношению к более крупным частицам, известным как коллоиды, в растворе».

Чтобы понять этот коллоидный эффект малых молекул, супрамолекулярные нано-материалы и размещения лабораторной головки Франческо Стеллаччи предполагает представление двух коллег, идущих друг к другу на противоположных сторонах коридора.

«Представьте, что эти два коллеги очень хорошо ладят и всегда хотят остановиться и поболтать. Если коридор пуст, они немедленно заметят друг друга и соберутся вместе. Но если коридор внезапно станет переполненным, они могут не увидеть друг друга, пока не пройдут мимо или даже не пропустили друг друга», – объясняет Стеллаччи. «Это явление, называемое скринингом, заключается в том, как аминокислоты влияют на более крупные частицы: они играют роль толпы в коридоре, препятствуя проходящим взаимодействиям».

Интересно, что ученые знали более столетия, что соли делают наоборот: они скринируют отталкивание. В примере коридора соль также играет роль толпы, только в этом случае она не позволяет двум недружественным коллегам избежать неловкого взаимодействия.

«Мы обнаружили, что аминокислоты по сути являются анти-солью, потому что они обладают противоположным эффектом« скрининга ». Вы даже можете увидеть это в природе: было показано, что, когда растение поливается соленым водой, его клетки будут производить больше аминокислот, чтобы помочь их стабилизировать, когда они подвергаются стрессу от повышенной концентрации соли»,-говорит ученовый EPFL и соавтор, чтобы помочь их стабилизировать.

Исследователи говорят, что их работа дает сильный аргумент в пользу сообщений о концентрациях аминокислот в научных исследованиях в будущем. «В биологии никогда бы не проведут эксперимент, не сообщая о ионной (солевой) концентрации раствора. Наша работа показывает, что концентрации аминокислот оказывают столько же влияния, и поэтому следует сообщать так же строго», – говорит Стеллаччи.

Действительно, Stellacci уже реализует неиспользованный потенциал этих молекулярных эффектов в рамках его недавно финансируемого ERC Advanced Grant. «Мы хотим понять, как маленькие молекулы, такие как аминокислоты, являются центральными для здоровой биологической функции. При поддержке нашего гранта ERC наша цель в конечном итоге предсказать, какие молекулы могут стабилизировать какие белки и сколько – что -то, что в настоящее время осуществляется в результате испытания и ошибок в биомедицинских исследованиях».

Mao T, Xu X, Winkler PM, Siri C, Poliukhine E, Silva PJ, Xu N, Al Zahabi K, La Pool R, Luo Z, Alexander-Katz A, Stelander-Katc F.
Стабилизирующее влияние аминокислот на белок и коллоидные дисперсии.
Природа. 2025. 10 сентября. DOI: 10.1038/s41586-025-09506-w