Cell: Белковая сборка по принципу зарядовой застёжки-молнии

Мембранные белки — это "молекулярные машины" в оболочках биологических клеток. Они контролируют множество процессов, таких как транспорт молекул через липидную мембрану, передача сигналов и фотосинтез. Их форма, то есть укладка молекул, играет решающую роль в формировании, например, пор в клеточной мембране. В журнале Cell исследователи из Карлсруэского технологического института и Университета Кальяри сообщают о новом принципе "зарядовой застёжки-молнии", который белки используют для формирования функциональных единиц.

"Завораживает видеть элегантные базовые принципы, которые природа использует для построения молекулярных ансамблей, — объясняет Анна Ульрих, директор Института биологических интерфейсов KIT. — Зарядовая застёжка между заряженными боковыми цепями — это совершенно неожиданный механизм, который мембранные белки используют для нейтрализации своих зарядов, чтобы погрузиться в гидрофобные клеточные мембраны".

В опубликованном исследовании Ульрих и её команда изучают так называемую Twin-arginine транслоказу (Tat), которая используется в клеточной мембране бактерий как экспортная система для свёрнутых белков. Несколько субъединиц TatA собираются в пору, которая может адаптировать свой диаметр под размер транспортируемого груза. "Но как такая пора может быть построена из белков TatA? Как они обратимо формируют огромное отверстие в мембране для прохода разнообразных молекул, но без утечки содержимого клетки?" — формулирует Ульрих изучаемые вопросы.

Чтобы ответить на них, исследователи изучили молекулярную структуру белка TatA из бактерии B. subtilis, состоящего из цепочки 70 аминокислот. Анализ показал, что он сворачивается в довольно жёсткую стержневидную спираль, за которой следует гибкий, вытянутый участок. Многие аминокислоты в спирали и прилегающем участке несут положительные или отрицательные заряды. Неожиданно оказалось, что последовательность зарядов на спирали комплементарна зарядам в соседнем участке белка. Когда белок складывается в месте соединения, как карманный нож, положительные и отрицательные заряды всегда встречаются и притягиваются друг к другу. Таким образом, белок соединяет оба своих сегмента, подобно сцепляющимся зубьям застёжки-молнии.

"Фишка в том, что этот принцип связывания работает и с соседними белками", — говорит Ульрих. Вместо того чтобы складываться в одиночку, каждый белок TatA также образует зарядовые застёжки с обоими своими соседями. Компьютерное моделирование показало, что это приводит к стабильным и, в то же время, гибким связям между соседними молекулами. Таким образом, любое количество белков может быть связано в незаряженное кольцо, которое выстилает пору TatA в гидрофобной мембране.

Этот новый принцип зарядовой застёжки, по-видимому, играет роль не только в транспорте белков, но и в атаке некоторых антимикробных пептидов на бактерии или в формировании ими биоплёнок в ответ на стресс.