Мембранные белки: общение с миром через границу

Все живые клетки окружены мембранами, которые служат барьером для транспорта питательных веществ. Они же являются платформой для коммуникации, связывающей внешний мир с внутренними контрольными центрами клетки. Тысячи белков находятся в этих мембранах и контролируют поток определённых химических веществ, которые пересекают барьер, опосредуя перенос питательных веществ и информации. Почти все эти пути работают через "рукопожатия" белков — один белок "разговаривает" с другим, чтобы, например, стимулировать импорт необходимого питательного вещества, заблокировать накопление токсичного соединения или предупредить внутреннюю часть клетки об изменениях во внешней среде.

О связях между мембранными белками и внутренними белками было известно мало. Команда под руководством Вольфа Фроммера из Института Карнеги выявила, как мембранные белки взаимодействуют друг с другом и с сигнальными белками внутри клетки. Их работа опубликована в Science.

Сообщения, передаваемые сигнальными белками мембранным белкам и наоборот, лежат в основе коммуникации между клетками организма, а также между организмом и внешним миром. Чтобы изучить это межбелковое взаимодействие через мембраны и внутри них, команда Фроммера провела масштабный скрининг взаимодействий между предсказанными мембранными белками и предсказанными сигнальными белками. Они сосредоточились на растении Arabidopsis thaliana (резуховидке Таля), которое является модельным организмом в исследованиях биологов растений.

Было проведено многие миллионы тестов и обнаружено более 10 000 взаимодействий. Это первое исследование такого рода для любого организма, и оно будет иметь значение как для наук о растениях, так и о животных.

Технические сложности в изучении мембран означают, что известно лишь несколько примеров передачи сигналов между белками через мембрану. Геномы как растений, так и человека содержат тысячи мембранных белков, функции которых остаются загадкой. Подобные методы для идентификации взаимодействий мембранных белков использовались и ранее для определения отдельных мембранных транспортеров. Но команда Фроммера разработала более глубокий процесс, который позволил получить большее разнообразие результатов. Подавляющее большинство из тысяч обнаруженных потенциальных взаимодействий мембранных белков с сигнальными белками ранее никогда не идентифицировались. Целью команды было использовать свою новую сеть белковых взаимодействий для выявления взаимодействий, важных для передачи сигналов, и помочь определить возможные функции для этих "неизвестных" мембранных белков.

"Наши результаты могут служить важным ресурсом для открытия генов и будут применимы к царству животных, а также к растениям", — сказал Фроммер. "У растений это может помочь привести к открытиям, которые повысят урожайность".