Białka samoistnie nieuporządkowane, które są niezbędne w procesach regulacji krytycznych funkcji komórkowych, dotychczas stanowiły wyzwanie badawcze ze względu na brak ustalonej struktury przestrzennej. Obecnie poznawanie ich własności i funkcji staje się łatwiejsze dzięki nowemu modelowi, który umożliwia szybką i wnikliwą analizę ich właściwości hydrodynamicznych, co stanowi przełom w badaniach biofizycznych. W ostatnich latach znaczenie białek samoistnie nieuporządkowanych (ang. intrinsically disordered proteins, IDPs) w procesach komórkowych staje się coraz bardziej oczywiste. Białka te - określane jako "ciemna materia biologii molekularnej" - odgrywają bowiem kluczową rolę w procesach takich jak regulacja ekspresji genów i biomineralizacja. W przeciwieństwie do białek posiadających trwałą strukturę przestrzenną, IDP nie mają ustalonego kształtu, co pozwala im pełnić wiele funkcji w odpowiedzi na zmieniające się warunki komórkowe. Jednakże ta elastyczność strukturalna sprawia, że są one trudne do zbadania, zwłaszcza jeśli chodzi o przewidywanie ich właściwości hydrodynamicznych, co jest wymagane dla zrozumienia ich roli biologicznej. Promień hydrodynamiczny (Rh), jako promień hipotetycznej sfery poruszającej się w roztworze jak opisywana molekuła, jest najważniejszym parametrem w opisie ruchu białka w roztworze. W przypadku białek ustrukturyzowanych promień hydrodynamiczny można przewidzieć z dużą dokładnością na podstawie ich masy lub długości łańcucha. Podejście to zawodzi jednak w przypadku białek nieuporządkowanych, bowiem tradycyjne metody szacowania Rh albo zawodzą albo są zbyt złożone obliczeniowo, by były użyteczne, szczególnie w przypadku IDP o długich łańcuchach. Aby sprostać temu wyzwaniu, zespół naukowy w Środowiskowym Laboratorium Fizyki Biologicznej kierowany przez Annę Niedźwiecką, we współpracy z grupą teoretyczną Piotra Szymczaka z Uniwersytetu Warszawskiego, opracował nowy model białek nieuporządkowanych specjalnie przystosowany do szacowania Rh. Model ten wykorzystuje przyspieszone próbkowanie konformacyjne przy pomocy procesu stochastycznego błądzenia losowego bez powtórzeń, uwzględnia oddziaływania hydrodynamiczne między gruboziarnistymi podjednostkami białka i szybko oblicza promień hydrodynamiczny w oparciu o przybliżenie minimalnego rozpraszania. Pozwala to zwłaszcza na dokładne przewidywania Rh w oparciu o samą sekwencję białka, co czyni go nowym skutecznym narzędziem dla naukowców. W pracy, opublikowanej ostatnio w prestiżowym czasopiśmie Journal of Physical Chemistry Letters autorzy przedstawili także wyniki testowania swojego modelu dla szeregu nowych struktur białkowych, znacznie różniących się długością łańcucha oraz zawartością globularnych domen i nieustrukturyzowanych łączników. Mierząc promienie hydrodynamiczne zsyntetyzowanych struktur za pomocą spektroskopii korelacji fluorescencji naukowcy zademonstrowali dobrą zgodność obliczeń z wynikami eksperymentalnymi. Dzięki temu otrzymano także najpełniejszy zestaw danych doświadczalnych dostępnych dla takich badań. Nowy model nie tylko zapewnia oszacowanie Rh w ciągu kilkudziesięciu sekund, ale także osiąga lepszą dokładność niż wcześniejsza gruboziarnista lub fenomenologiczna metoda obliczeniowa. Nowa metoda przewidywania właściwości hydrodynamicznych na podstawie samej sekwencji białka będzie miała wpływ zarówno na biofizyczne badania naukowe, jak i potencjalne zastosowania biomedyczne, dla których zrozumienie zachowania białek nieuporządkowanych ma kluczowe znaczenie.
