Учёные выяснили, как регулируется рост актиновых филаментов в клетках
Биохимики из Университета Орегона в двух исследованиях определили, как синтетические молекулы нарушают работу важного молекулярного комплекса, связанного с актином, и получили кристаллическую структуру этого комплекса в связке с естественным ингибитором.
Исследования, проведённые ради фундаментального понимания, раскрывают новые детали сложной клеточной структуры и могут указать путь к будущей терапевтической мишени, говорит руководитель работ профессор Брэд Дж. Нолен.
Машина для сборки актина
Речь идёт о комплексе актин-родственных белков 2/3 (Arp2/3) — сборке из семи белков. Этот комплекс критически важен для подвижности клеток и инициирует построение сети филаментов — актинового цитоскелета, который обеспечивает структурную поддержку клеток.
"Комплекс связывается с боковой стороной уже существующих актиновых филаментов, где запускает рост новых", — поясняет Нолен. — "Arp2/3 комплекс высоко консервативен, как и актин. Он есть во всех ваших клетках, как и в клетках дрожжей".
Потеря контроля над актиновым цитоскелетом происходит при различных патологических состояниях, включая некоторые вирусные инфекции (например, ВИЧ) и рак.
Исследование 1: как синтетические молекулы "ломают" машину
В 2009 году команда, в которую входил Нолен, идентифицировала два класса молекул, ингибирующих нормальную активность Arp2/3. В новом исследовании (Chemistry & Biology, 23 мая) учёные с помощью биохимических, биофизических методов и рентгеновской кристаллографии выяснили, как именно эти синтетические молекулы связываются с гигантским комплексом Arp2/3.
Оказалось, что связывание блокирует способность комплекса правильно выстраиваться для активации производства филаментов. "Эти малые молекулы бросают гаечный ключ в эту макромолекулярную машину и фиксируют её в выключенном состоянии", — говорит Нолен. — "Это предотвращает нуклеацию разветвлённых филаментов".
Понимание работы Arp2/3 важно для изучения клеточной подвижности и, следовательно, таких процессов, как метастазирование опухолей.
Исследование 2: структура комплекса с естественным ингибитором
Во второй работе (Nature Structural & Molecular Biology, онлайн 28 июля) Нолен и его коллега впервые получили кристаллическую структуру комплекса Arp2/3, связанного с естественным ингибитором — фактором созревания глии (GMF).
"Мы определили трёхмерную структуру всех атомов, составляющих каждую из субъединиц комплекса Arp2/3, и создали 3D-картинку того, где связывается этот регулятор", — поясняет Нолен.
GMF, связываясь с комплексом, блокирует инициацию Y-образных ветвей, из которых создаются новые филаменты. Он также связывается с уже существующими ветвями и заставляет их отсоединяться, участвуя в разборке этих сетей.
Разный механизм действия
Учёный отметил разницу в работе ингибиторов из двух исследований:
- Синтетические молекулы не мешали активаторам сборки филаментов связываться с комплексом, но блокировали активацию, фиксируя комплекс в непродуктивном положении.
- Естественный ингибитор GMF, связываясь с комплексом, физически блокировал сайт связывания для активаторов.
Эти различия могут направлять будущие усилия по доставке терапевтических молекул для борьбы с заболеваниями. Лаборатория Нолена уже работает над дизайном молекул, которые могли бы вызывать нужные изменения в комплексе и связанных с актином регуляторах без нежелательной токсичности.
"Мы изучаем потенциальную клиническую ценность. Это фундаментальное исследование с возможной долгосрочной отдачей", — резюмирует Нолен. — "Пока что мы создали инструмент для базовой науки".