Исследование светочувствительного белка ARII
Даже без глаз многие одноклеточные организмы способны воспринимать свет и реагировать на него. Это происходит благодаря родопсинам — белкам на поверхности клетки, которые в ответ на определённые длины волн света направляют поток ионов внутрь или наружу клетки.
Группа Наоки Камо из Университета Мацуяма начала работу с геном ARII, кодирующим родопсин водоросли Acetabularia acetabulum. Закодированный белок ARII оказался чрезвычайно сложным для характеристики, и его функция изначально была неясна. Успеха удалось достичь благодаря сотрудничеству с группой Сигэюки Йокоямы из RIKEN Systems and Structural Biology Center.
Для определения структуры и функции белка учёные обычно получают высокоупорядоченные кристаллы белка и анализируют картину дифракции рентгеновских лучей. Мембранные белки сворачиваются только в очень специфичных условиях. Команда Йокоямы разработала бесклеточную систему, обеспечивающую жёсткий контроль над производством белка. Смешивая клеточный аппарат синтеза белка с липидами и детергентами, они создали среду, высоко благоприятную для производства ARII.
«Этот сложный белок мог быть очень эффективно экспрессирован с использованием нашей бесклеточной системы синтеза белка, даже в той же степени, что и простые растворимые белки», — говорит Йокояма.
В результате им удалось быстро очистить полученный белок и получить высококачественную структуру ARII, кристаллизовав его в присутствии молекул липидов.
ARII оказался относительно похож на бактериородопсин (BR) — протонный насос архей Halobacterium salinarum. Предварительный анализ показал, что ARII также действует как протонный насос, транспортируя протоны из цитоплазмы наружу клетки в ответ на освещение.
Анализ структуры ARII позволил идентифицировать сеть аминокислот, непосредственно участвующих в захвате и высвобождении отдельных протонов. Между BR и ARII есть заметные различия в кинетике транспорта протонов. Камо и Йокояма также отметили тонкие структурные различия, которые могут объяснять, почему ARII высвобождает протоны «поздно» по сравнению с быстрым высвобождением, наблюдаемым у BR.
Продемонстрировав эффективность своего подхода к синтезу мембранных белков, исследователи теперь углубляются в изучение структуры и функции ARII и ARI — другого родопсина, экспрессируемого A. acetabulum.
«Мы будем производить различные мутанты с помощью этой эффективной бесклеточной системы и использовать множество биофизических методов, чтобы понять детальный механизм транспорта протонов и физиологические роли ARI и ARII», — говорит Йокояма.