Как белки находят своё место в клетке

Более четверти всех белков клетки находятся в мембране, где выполняют жизненно важные функции. Для этого мембранные белки должны быть надёжно доставлены от места производства в клетке к месту назначения и правильно встроены в целевую мембрану. Исследователи из Гейдельбергского биохимического центра (BZH) определили трёхмерную структуру молекулярной машины, отвечающей за правильное размещение важного семейства мембранных белков — так называемых «якорных С-концом» мембранных белков, или TA-белков.

Мембранные белки выполняют фундаментальные задачи, такие как транспорт веществ и передача сигналов. Поэтому правильная вставка мембранного белка имеет решающее значение. Специфические сигнальные последовательности, действующие как «почтовые индексы», жизненно важны для доставки в правильное место. У TA-белков эта последовательность находится в конце молекулы. Это семейство участвует во многих клеточных процессах, включая слияние мембран и апоптоз (запрограммированную гибель клетки).

Группа под руководством проф. д-ра Ирмгард Зиннинг определила трёхмерную структуру молекулярной машины, которая встраивает TA-белки в мембрану эндоплазматического ретикулума (ЭР) — важной распределительной сети внутри клетки. Для структурного анализа учёные использовали крио-электронную микроскопию (cryo-EM), метод, отмеченный Нобелевской премией по химии в 2017 году.

Машина GET для встраивания белков

Машина GET (guided entry of tail-anchored membrane proteins) отвечает за правильное встраивание TA-белков в мембрану ЭР. Эта машина, почти не изменившаяся в ходе эволюции от дрожжей до человека, состоит из трёх белковых блоков:

• Два расположены в мембране ЭР и образуют подобие полости (Get1 и Get2).
• Третий (Get3) находится вне мембраны и действует как доставщик TA-белка.

Все три компонента необходимы для правильного встраивания. Get2 забирает белок у доставщика и, по сути, «проталкивает» его к полости внутри мембраны. Исследователи обнаружили эту неожиданную деталь взаимодействия между Get2 и Get3 в ходе анализа структуры. Они также показали, что две копии машины вставки всегда работают в тесном контакте, чтобы сделать процесс интеграции более эффективным.

Технологический прорыв и значение открытия

«Маленькие мембранные белки, подобные тем, что входят в машину GET, — это вызов для структурной биологии, поэтому наше исследование требовало инновационных идей», — отмечает структурный биолог д-р Мелани Макдауэлл. Лишь в последние годы технические улучшения в cryo-EM позволили определять структуры всё более мелких белковых комплексов. Гейдельбергский университет создал сеть cryo-EM (HDcryoNet), что сделало возможным структурный анализ таких малых комплексов, как машина GET.

По мнению проф. Зиннинг и д-ра Макдауэлл, новые данные предоставляют решающий недостающий фрагмент головоломки, необходимый для завершения картины транспорта белков в клетке и их встраивания в мембраны.