Учёные узнали больше о том, как моторные белки маневрируют по "дорогам" наших клеток

Моторные белки, подобно двигателям в автомобилях, обеспечивают доставку белков в нужное место внутри клеток. Сбои в их работе могут привести к различным заболеваниям — от рака до проблем с сердцем.

Новое исследование показывает, что в том, как эти "моторы" перемещаются по сложной системе клеточных "дорог", существует больше гибкости и взаимосвязи, чем считалось ранее.

Моторные белки перемещаются по обширной сети "дорожек", которые являются частью цитоскелета — структуры, придающей клеткам прочность и форму. Основными "дорогами" являются микротрубочки и актиновые филаменты. Моторы кинезин и динеин обычно перемещаются по микротрубочкам, а миозин — по актиновым филаментам. Для связи мотора с грузом (карго) существуют адапторные белки. Основным адаптором для кинезина считается кинезиновый лёгкий цепь (kinesin light chain), в то время как кинезиновый тяжёлый цепь (kinesin heavy chain) является самой моторной частью.

Однако за последнее десятилетие появились данные, что некоторые грузы, перемещающиеся по микротрубочкам, могут использовать другой адаптор. Исследование, опубликованное на обложке Journal of Cell Science, предоставляет доказательства существования адаптора, работающего на этих "дорогах", который ранее считался специфичным только для актиновой сети.

Учёные использовали масс-спектрометрию для анализа белков, ассоциированных с мотором кинезином у плодовой мушки (Drosophila). Они изучали oskar mRNA — матричную РНК, кодирующую белки, которые помогают определить ориентацию головы и хвоста у развивающегося эмбриона мушки.

Среди множества белков они обнаружили неожиданный "выброс" — одну из форм тропомиозина. Ранее тропомиозин считался адаптором исключительно для актиновой сети. Оказалось, что эта уникальная форма тропомиозина связывается напрямую с мотором кинезином и функционирует как адаптор между этим мотором и грузом (mRNA).

Для проверки гипотезы учёные использовали технологию редактирования генов CRISPR-Cas9, чтобы мутировать эту уникальную форму тропомиозина. В результате mRNA теряла способность достигать цели. Когда же мутировали известный адаптор — кинезиновый лёгкий цепь — mRNA доставлялась нормально. Это подтвердило, что существует альтернативный адапторный механизм.

Хотя прямое значение этого открытия для человека (у которого нет oskar mRNA) ещё не ясно, тропомиозин ассоциирован с сердечными заболеваниями.

Исследование на плодовых мушках — удобная модель, так как мутации в них создавать проще, чем, например, в мышах, и мушки выживают после них, позволяя изучать последствия. В случае с нарушением транспорта этой mRNA, потомство мух оказывается нежизнеспособным. Хотя у плодовых мушек и человека не все mRNA одинаковы, сами моторные белки — одинаковы.

Простая диффузия (случайное движение, подобное движению пылинок в воздухе) недостаточна для точной доставки большинства белков в клетке. Эффективнее транспортировать саму mRNA к месту назначения, где на её основе сразу синтезируется нужный белок. Движение моторных белков, по-видимому, усиливается, когда они несут груз, что является энергосберегающим подходом.

Наши 30 000 генов могут производить около 100 000 различных белков. В одной клетке в данный момент могут находиться несколько тысяч разных белков, и для каждого из них может существовать сотня или более копий.

Неправильная доставка mRNA и белков может наносить двойной ущерб: белок не выполняет свою функцию в нужном месте и, вероятно, причиняет дополнительный вред там, где он оказался.

Следующие шаги включают изучение того, как этот вновь обнаруженный адаптор кинезина функционирует на "дороге" из микротрубочек. Исследование было поддержано Национальными институтами здоровья (NIH).