Ученые раскрыли структурные секреты клеточного "локомотива"
Команда ученых из Исследовательского института Скриппса определила базовую структурную организацию молекулярного мотора, который перемещает грузы и выполняет другие критические функции внутри клеток.
Этот молекулярный мотор — комплекс "динеин-динактин" — давно интересовал биологов. Однако его большой размер, множество субъединиц и высокая гибкость до сих пор ограничивали структурные исследования лишь отдельными частями.
В новом исследовании лаборатория биолога Габриэля К. Ландера в сотрудничестве с группой Трины А. Шроер из Университета Джонса Хопкинса создала картину структуры всего комплекса динеин-динактин.
"Эта работа дает нам ключевое понимание регуляции мотора динеина и устанавливает структурную основу для понимания того, почему дефекты в этой системе связаны с такими заболеваниями, как Хантингтона, Паркинсона и Альцгеймера", — сказал Ландер.
Результаты опубликованы в онлайн-публикации журнала Nature Structural & Molecular Biology 9 марта 2015 года.
Беспрецедентная детализация
Белки динеин и динактин обычно работают вместе на микротрубочках для таких клеточных процессов, как деление клеток и внутриклеточный транспорт критических грузов, таких как митохондрии и mRNA. Комплекс также играет ключевую роль в развитии и восстановлении нейронов. Проблемы с моторной системой динеин-динактин обнаружены при болезнях мозга, включая Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона и боковой амиотрофический склероз (БАС). Кроме того, некоторые вирусы (включая герпес, бешенство и ВИЧ), по-видимому, захватывают транспортную систему динеин-динактин, чтобы проникнуть глубоко внутрь клеток.
"Понимание того, как динеин и динактин взаимодействуют и работают, и как они на самом деле выглядят, определенно будет иметь медицинское значение", — сказал научный сотрудник Саикат Чоудхури, первый автор исследования.
Для изучения комплекса лаборатория Шроер сначала произвела индивидуальные белки динеин и динактин, которые сами по себе сложны и имеют множество субъединиц, но настолько высоко консервативны в эволюции, что встречаются почти в идентичной форме у организмов от дрожжей до млекопитающих.
Затем Чоудхури и Ландер использовали электронную микроскопию (EM) и передовые методы обработки изображений, чтобы получить двумерные "снимки" базовых структур динеина и динактина. Эти структурные данные содержали беспрецедентные детали и выявили субъединицы, никогда ранее не наблюдавшееся.
Далее ученые разработали новую стратегию для очистки и визуализации динеина и динактина в комплексе вместе на микротрубочке — похожей на рельсы структуре, повсеместно присутствующей в клетках, вдоль которой динеин-динактин перемещает свои грузы.
"Это первый снимок того, как выглядит весь комплекс динеин-динактин и как он ориентирован на микротрубочке", — сказал Чоудхури.
Расширение границ возможного
Структурные данные проясняют, как динеин и динактин соединяются на микротрубочке, как они рекрутируют грузы и как им удается перемещать эти грузы последовательно в одном направлении.
Ландер и Чоудхури теперь надеются развить эти открытия, создав трехмерное изображение комплекса динеин-динактин-микротрубочка с более высоким разрешением, используя связанную с EM технику электронной томографии.
"EM-объект в TSRI — лучшее место в мире, чтобы расширять границы визуализации таких сложных молекулярных машин", — сказал Ландер.