Моторные белки в действии: первые прямые наблюдения
Впервые получены прямые изображения моторных белков в процессе движения. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Эти белки жизненно важны для сложных форм жизни, формируя транспортную систему внутри клеток. До сих пор их движение не наблюдали напрямую.
Исследователи из Университета Лидса (Великобритания) и Японии использовали электронные микроскопы, чтобы запечатлеть самый крупный тип моторного белка — динеин — в процессе «шагания» по своей молекулярной «дорожке» (микротрубочке).
Как это работает?
- Динеин имеет два идентичных «мотора», соединенных вместе.
- Он движется, поочередно захватывая точки связывания на микротрубочке, совершая рабочий ход и отпуская их, «как человек, раскачивающийся на турниках».
- Ранее движение динеина отслеживали косвенно, с помощью флуоресцентных меток — подобно отслеживанию транспорта по GPS без визуального наблюдения.
Ключевое открытие
Обнаружен «шарнир» (подобный запястью) между длинным стержнем белка и его «захватывающим крюком». Это обеспечивает вариабельность угла прикрепления к «дорожке».
- Каждое «плечо» динеина имеет длину около 25 нанометров.
- Точки связывания на микротрубочке расположены в 8 нанометрах друг от друга.
- Это позволяет динеину достигать не только следующей «ступеньки», но и через одну, что дает гибкость в движении.
Методика
Ученые соединили очищенные микротрубочки с очищенными динеинами и добавили химическое «топливо» АТФ (аденозинтрифосфат). Движение было мгновенно остановлено сверхбыстрым охлаждением (примерно на миллион градусов в секунду), что предотвратило образование кристаллов льда. Затем с помощью криоэлектронного микроскопа были сделаны тысячи снимков, которые объединили для создания динамической картины движения.
Медицинское значение
Понимание работы моторных белков важно для медицины, так как они играют фундаментальную роль:
- Многие вирусы используют их для доставки к ядру клетки для репликации.
- Они участвуют в делении клеток (актуально для онкологии).
- Нарушение их работы связано с некоторыми заболеваниями двигательных нейронов.
Роль в клетке
Профессор Питер Найт сравнивает моторные белки с «грузовиками» внутри клетки-«города». Без транспортной системы не было бы специализации частей клетки и сложных форм жизни.
- Динеин — самый универсальный «транспорт», выполняющий множество функций (например, переносит сигналы от окончаний нервных клеток к ядру, что поддерживает их жизнеспособность).
- Другие моторные белки (кинезины и миозины) меньше и более специализированы.
Примеры функций динеина:
- В двигательном нейроне длиной до метра он обеспечивает транспорт от большого пальца ноги обратно к ядру.
- При развитии мозга динеин «тянет» ядро за собой, позволяя нейронам перемещаться в правильное положение.
Участники и финансирование
В исследовании участвовали ученые из Университета Лидса, Университетов Васэда и Осаки (Япония), Центра количественной биологии RIKEN и Агентства науки и технологий Японии (JST). Финансирование осуществлялось Программой по исследованию границ человека (HFSP) и Советом по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC).