С трудом поддающийся изучению белок интегрин смоделировали на суперкомпьютере.

Компьютерная модель интегрина На схеме показано, как два компонента интегрина выступают наружу из клеточной мембраны.
Интегрин может представлять серьёзную угрозу Некоторые интегриновые рецепторы обильно экспрессированы на мембранах раковых клеток: визуализация маркера, связывающегося с альфа-v-бета-3 интегрином.

Специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, похоже, смогли найти ответы на некоторые загадки в микробиологии, связанные с функционированием белковых рецепторов под названием интегрины.

Интегрины — поверхностные клеточные рецепторы, взаимодействующие с внеклеточным матриксом и передающие различные межклеточные сигналы. От них зависит форма клетки, её подвижность, они участвуют в регулировке клеточного цикла и могут в случае каких-либо сбоев в их функционировании становиться причиной развития атеросклероза и некоторых типов рака.

Учёные до сих пор не знают, как именно работают интегрины: экспериментально наблюдать их функционирование на молекулярном уровне очень сложно, кроме того, полная кристаллическая структура этих рецепторов до сих неизвестна.

Учёные из Национальной лаборатории в Беркли пошли другим путём: провели компьютерное моделирование интегрина. Виртуальный белок обладает теми же свойствами, что его природный прообраз и так же способен реагировать на изменения окружающей среды.

По сути, осуществлялось моделирование сразу полумиллиона атомов одновременно, что, соответственно, требует довольно солидных вычислительных мощностей. Для некоторых экспериментов потребовалась полная нагрузка 600 параллельных процессоров в течение 48 часов.

Моделирование уже проливает свет на некоторые загадки: например, когда интегрины активизируются под воздействием внешних сил, они скапливаются в кластеры на поверхности клетки и соединяются с другими белками с образованием областей межклеточной адгезии. Чем большие силы воздействуют, тем большее количество интегринов требуется.

Как показало моделирование, это связано с тем, что субъединицы интегринов связаны с волокнами белка актина, из которого формируется цитоскелет эукариотических клеток. И чем больше нагрузка на эти волокна, тем большее количество интегринов задействуется.

Цифровая модель также позволила дать ответ на старый вопрос: взаимодействуют ли интегрины друг с другом сразу же после активации? Или они вообще не взаимодействуют друг с другом, даже когда собираются в кластеры? В ходе моделирования учёные попытались выяснить, возможно ли физическое взаимодействие между интегринами, когда они находятся в плазматической мембране. Выяснилось, что взаимодействие происходит обычно только между бета-субъединицами интегринов.

Им также удалось обнаружить любопытную схему флуктуации интегринов: две секции этих рецепторов, одна из которых простирается по клеточной мембране, а вторая выступает наружу из клетки, соединены петлеобразной областью, которая начинает поворачиваться, когда белок начинает вибрировать под частым воздействием окружающих его молекул, в том числе молекул воды, липидов или ионов.

По материалам Science Daily