Учёные впервые увидели механику мембранных белков
В двух новых исследованиях учёные представили первое детальное описание сложных химических и механических взаимодействий, которые позволяют рибосоме — клеточной машине для сборки белков — встраивать растущий белок в клеточную мембрану.
Первое исследование (Nature Structural and Molecular Biology) даёт атомарный снимок ключевого этапа процесса встраивания: момента сразу после стыковки рибосомы с каналом в мембране, когда новообразующийся белок прокладывает путь внутрь мембраны, где будет находиться.
Совместная работа вычислительных теоретиков из Университета Иллинойса и экспериментаторов из Мюнхенского университета позволила с помощью криоэлектронной микроскопии получить общую картину взаимодействия рибосомы, мембраны, мембранного канала и растущего белка.
«Вычислительная методология, разработанная группой из Иллинойса, была решающей для интерпретации новой крио-ЭМ реконструкции на атомарном уровне и проверки этой интерпретации с помощью моделирования», — сказал соавтор Роланд Бекманн.
Для визуализации взаимодействия с мембраной команда Бекманна использовала нанодиски — маленькие диски мембраны, удерживаемые поясами инженерных липопротеинов, разработка которых принадлежит профессору Стивену Слигару из Иллинойса.
Команда из Иллинойса использовала крио-ЭМ изображения и структурную информацию для построения атомарной модели всей системы, состоящей из более 3 миллионов атомов.
Ключевые открытия:
- Области мембранного канала проникают в выходной туннель рибосомы, чтобы направлять появляющийся белок в канал.
- В зависимости от типа белка, канал либо проводит его через мембрану, либо открывает «боковую дверь», направляя белок внутрь мембраны.
- Рибосома напрямую взаимодействует с поверхностью мембраны.
- Сигнальная последовательность в начале белка проходит через канал и закрепляется в мембране, визуализируя этот процесс впервые.
Второе исследование (Proceedings of the National Academy of Sciences) показало, что белки встраиваются в мембрану в два этапа:
- Рибосома «проталкивает» растущий белок в мембранный канал, используя химическую энергию.
- Затем белок входит в мембрану.
Это первоначальное проталкивание позволяет даже высокозаряженным белкам легко проникать в маслянистую неполярную среду мембраны.