Динамика белков: молекулярные машины в работе
Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) использовали специальную флуоресцентную методику визуализации, чтобы отследить изменения формы поровых белков в клеточной мембране при экспорте молекул во внеклеточную среду.
Белки подобны рабочим пчелам в улье клетки, но они гораздо более универсальны и могут взаимодействовать, образуя молекулярные машины. Традиционный структурный анализ кристаллов белков дает лишь статичную картину. «Этот подход сам по себе недостаточен, — говорит профессор Торбен Кордес. — Нам необходимо понимать молекулярные движения и структурные изменения, происходящие в белках в процессе их работы».
В сотрудничестве с командами из Имперского колледжа Лондона и Гронингенского университета группа Кордеса охарактеризовала конформационные изменения в классе мембранных транспортных белков — ABC-транспортерах. Результаты опубликованы в The EMBO Journal.
Как работают ABC-транспортеры
Все ABC-транспортеры состоят из двух модулей:
- Трансмембранный домен, образующий пору для экспорта субстрата из клетки.
- Внутриклеточный нуклеотид-связывающий домен, поставляющий энергию за счет связывания и гидролиза АТФ.
Метод исследования: single-molecule FRET
Для отслеживания динамики использовали метод одно-молекулярного FRET. К разным доменам белка химически присоединяют флуоресцентные метки. Сигнал флуоресценции меняется в зависимости от расстояния между ними, что позволяет с помощью чувствительного микроскопа мониторить изменения конформации.
Ключевые этапы транспортного цикла
Исследование показало, что транспорт субстрата требует серьезных конформационных изменений:
- В начале цикла нуклеотид-связывающий домен открыт внутрь.
- Связывание молекулы АТФ вызывает его закрытие.
- Если субстрат находится в поре трансмембранного домена, тот открывается, высвобождая субстрат наружу, и затем закрывается.
- Только после этого происходит гидролиз АТФ. Высвобождаемая энергия восстанавливает открытую конфигурацию нуклеотид-связывающего домена.
Значение исследования
Авторы надеются, что single-molecule FRET станет методом выбора для дальнейшего изучения ABC-транспортеров. «Этот класс транспортеров вовлечен в патогенез многих серьезных заболеваний, включая муковисцидоз, а также в устойчивость к противораковым препаратам, — объясняет Кордес. — Лучшее понимание их транспортных циклов может открыть новые терапевтические возможности».