Ученые из Италии исследовали, как наночастицы полистирола взаимодействуют с человеческим убиквитином, регуляторным белком, который содержится в большинстве тканей.1 Их исследование показало, что нанопластики изменяют структуру убиквитина и нарушают процессы убиквитинирования в клетках, что может иметь последствия для здоровья человека.
Нанопластики и микропластики имеют диаметр менее 100 нм и 5 мм, соответственно, и образуются при фрагментации пластиковых материалов. Нанопластики обнаружены в почве, океанах и пресной воде, а также в продуктах питания, питьевой воде и воздухе. Пока еще неясно, как именно нанопластики могут повлиять на человека, но уже известно, что они способны проникать в клетки и взаимодействовать с различными биомолекулами благодаря своему размеру.
В начале этого года исследование показало, что инкубация человеческой плазмы с нанопластиками приводит к тому, что белки плазмы равномерно окружают нанопластики, создавая так называемую белковую корону.2 Такие взаимодействия могут влиять на первоначальную функцию белков, поскольку поверхностные остатки, которые обычно определяют биологическую идентичность белка, становятся скрытыми. Вдохновленная этим исследованием, команда под руководством Марии Эмануэлы Эррико из Национального исследовательского совета Италии и Роберто Фатторуссо из Университета Кампании заинтересовалась тем, как поведет себя убиквитин в аналогичном сценарии. ‘Человек, как и любой другой живой организм, постоянно подвергается воздействию нанопластиков, распространяющихся через биосферу,’ — говорит Эррико. ‘Поэтому вопросы безопасности и изучение токсикологии наночастиц пластика, начиная с их взаимодействия с таким вездесущим белком, являются актуальными.’
Источник: © Roberto Fattorusso/University of Naples
Убиквитин взаимодействует с нанопластиками через область, включающую его С-концевой хвост и большую поверхность, образованную последними тремя нитями его β-листа
Убиквитин — это небольшой белок с 76 аминокислотными остатками. В процессе, называемом убиквитинированием, убиквитин добавляется к другим белкам, где он действует как метка, отмечая их для различных клеточных сигнальных и протеасомных путей деградации. ‘Нарушение работы убиквитина имеет явные последствия для здоровья человека, и наше исследование открывает пути для будущих исследований в области пластиковой токсикологии,’ объясняет Фатторуссо. Более того, многие нейродегенеративные и онкогенные заболевания связаны с ошибками убиквитинирования.
Эррико, Фатторуссо и их команда впервые изучили взаимодействие между полистирольными нанопластиками и человеческим убиквитином на атомном уровне. Они заметили, что убиквитин взаимодействует с полистиролом через свой С-концевой участок, который является ключевым для убиквитинирования. Вокруг нанопластика образуются белковые короны, состоящие из нескольких белков убиквитина, и изменяется схема сворачивания вторичной структуры убиквитина. Это приводит к образованию мостиков между белками убиквитина, утолщению короны, и в результате коронированные нанопластики агрегируются в более крупные частицы.
Следующим этапом они проверили воздействие полистирольных нанопластиков на клетки HeLa. Они обнаружили, что наночастицы могут проникать в клетки и снижать уровень убиквитинирования на клеточном уровне.
Следующее испытание было проведено на клетках HeLa.
‘Главные открытия — это картирование остатков, участвующих в разворачивании белка, и если это можно отследить для белков, непосредственно прикрепленных к поверхности нанопластика полистирола, по сравнению с белками во внешних слоях короны, то это будет огромным достижением– и текущая работа в какой-то степени идет к этому,’ комментирует Исеулт Линч, которая изучает взаимодействие наночастиц с биологическими объектами в Университете Бирмингема, Великобритания. Однако Линч также подчеркивает некоторые ограничения исследования: ‘Связывается ли этот белок в присутствии других белков, как это происходит в организме, неясно – конкурентные взаимодействия могут вытеснить убиквитин с поверхности наночастиц полистирола и, скорее всего, уменьшить некоторые эффекты разворачивания’
Эррико и Фатторуссо предполагают, что нанопластики могут воздействовать на большее количество белков. ‘Наша работа обеспечивает новую основу для характеристики таких взаимодействий и может определить эталонные характеристики, необходимые для изучения воздействия нанопластиков на конкретный белок,’ добавляет Гаэтано Мальгиери, другой член команды из Университета Кампании.