Новый метод «молекулярного нано-паттернинга» показывает разный механизм координации молекулярных моторов

Движение в организме, от сокращения мышц до транспорта сигналов по нейронам, обеспечивается огромным набором белков — молекулярных моторов. Это белки, преобразующие химическую энергию в механическое движение, но из-за их микроскопических размеров механизмы их координации изучены плохо.

В исследовании, опубликованном в Science Advances, инженеры Киотского университета совместно с Национальным институтом информационных и коммуникационных технологий (NICT) обнаружили, что два типа кинезиновых моторов обладают разными свойствами координации. Это стало возможным благодаря новой методике, позволяющей разместить отдельные моторы на платформах в тысячи раз меньше клетки.

Кинезины — это моторные белки, участвующие в делении клеток, мышечных сокращениях и движении жгутиков. Они перемещаются по белковым нитям — микротрубочкам. В организме кинезины работают «командами», чтобы транспортировать крупные молекулы или обеспечивать движение клетки.

Для наблюдения за координацией команда создала устройство с массивом золотых наностолбиков диаметром 50 нанометров, расположенных на расстоянии 200–1000 нм друг от друга (для сравнения: диаметр клетки кожи — около 30 000 нм). На каждый наностолбик с помощью самоорганизующихся монослоев (SAM) был иммобилизован один молекулярный мотор. Этот метод «нано-паттернинга» позволил контролировать количество и расстояние между кинезинами и точно измерить, как они транспортируют микротрубочки.

Учёные оценили два типа кинезинов:

• Kinesin-1, участвующий в внутриклеточном транспорте.
• Kinesin-14, участвующий в делении клеток.

Результаты показали:

• Для kinesin-1 ни количество моторов, ни расстояние между ними не влияли на скорость транспорта микротрубочек.
• Для kinesin-14 скорость транспорта снижалась с увеличением числа моторов на нити, но увеличивалась с ростом расстояния между ними.

Это указывает, что kinesin-1 работают независимо друг от друга, а kinesin-14 взаимодействуют между собой, регулируя скорость транспорта.

«До этого исследования мы думали, что больше моторов — значит быстрее транспорт и больше сила. Но, как и многое в биологии, всё оказалось сложнее», — отмечает руководитель группы Рюдзи Йококава.

В будущем команда планирует использовать метод нано-паттернинга для изучения других кинезинов и молекулярных моторов — миозина и динеина. Этот инструмент поможет глубже понять фундаментальные клеточные процессы, лежащие в основе жизни.