Как клетки ремоделируют свои мембраны без внешнего источника энергии

Исследователи из Forschungszentrum Jülich, Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе и Университета Майнца впервые раскрыли механизм действия защитного белка PspA, принадлежащего суперсемейству ESCRT-III. Их исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, как белок активно изменяет форму клеточных мембран, не требуя внешней энергии.

PspA — часть древнего семейства белков ESCRT-III, которое формирует мембраны во всех областях жизни. У бактерий PspA защищает внутреннюю мембрану в условиях стресса.

Комбинируя крио-электронную микроскопию с молекулярно-динамическим моделированием, учёные показали, как PspA собирается в трубчатые белковые комплексы. Эти комплексы изгибают, сужают и в итоге преобразуют части мембраны в маленькие везикулы.

«В основе процесса лежит крошечная спиральная структура, которая внедряется в поверхность мембраны и деформирует её», — объясняет Эстер Худина из Центра Эрнста Руска (ER-C-3).

Молекулярно-динамическое моделирование на суперкомпьютере JUWELS в Jülich визуализировало движение молекул. Оно также показало, как энергия, необходимая для искривления мембраны, генерируется за счёт прогрессирующего взаимодействия спирали с мембраной.

«Поразительно, что весь этот механизм работает без какого-либо внешнего энергетического вклада, — говорит профессор Карстен Захсе, старший автор исследования. — Движущая сила исходит исключительно от связывания белка с мембраной — замечательный биологический трюк».

Помимо фундаментального понимания клеточной биологии, исследование указывает на потенциальные биотехнологические применения, например, в целевой доставке терапевтических средств с помощью искусственных везикул.