Как белок MAP4 стабилизирует микротрубочки и регулирует транспорт в клетке
Японские исследователи с помощью криоэлектронной микроскопии выяснили, как белок MAP4 стабилизирует микротрубочки — часть клеточного каркаса — и регулирует транспорт веществ внутри клетки. Эти данные могут помочь в разработке методов лечения деменции и сердечной недостаточности. Результаты опубликованы 1 октября в онлайн-издании Journal of Cell Biology.
Исследование провела группа под руководством профессора Рё Нитты и профессора-исследователя Цуёси Имасаки (Университет Кобе) в сотрудничестве с учеными из RIKEN и Муромского технологического института.
- Роль микротрубочек: Клетки принимают специализированную форму (например, отростки нервных клеток или цилиндры клеток сердца), чтобы выполнять свои функции. Их форму поддерживает каркас из белков, самые широкие элементы которого — микротрубочки. Их расположение регулируют ассоциированные с микротрубочками белки (MAP).
- Ключевые белки: Тау и MAP4 относятся к «классическим» MAP. Тау содержится в нервных клетках, а MAP4 широко экспрессируется в тканях тела, включая сердце. Избыточная экспрессия этих белков связана с болезнью Альцгеймера и сердечной недостаточностью, так как может блокировать движение моторного белка кинезина, который перемещает вещества по микротрубочкам как по «рельсам».
Результаты исследования
Ученые реконструировали комплекс из микротрубочек, MAP4 и кинезина in vitro и визуализировали его 3D-структуру с помощью криоэлектронной микроскопии.
- Стабилизация микротрубочек: MAP4 прикрепляется вдоль длинной оси микротрубочек и стабилизирует их. Связи между MAP4 и микротрубочками бывают двух типов: сильные (якорные) и слабые.
- Конкуренция за связывание: На участках слабого взаимодействия кинезин конкурирует с MAP4. При достаточном количестве кинезин может вытеснить MAP4 с этих участков и связаться с микротрубочками.
- Блокировка транспорта: В результате MAP4 (на сильных участках) и кинезин (на слабых) могут связываться с микротрубочкой одновременно. Также выяснилось, что часть молекул MAP4 складывается и накапливается над микротрубочкой. Этот «слой» MAP4 взаимодействует с кинезином и блокирует его движение по микротрубочке.
Таким образом, MAP4 не только стабилизирует микротрубочки, но и регулирует транспортную функцию кинезина.
Значение работы
Исследование предоставляет важную информацию для разработки новой стратегии лечения гипертрофии сердца и сердечной недостаточности, вызванных избыточной экспрессией MAP4. Поскольку Тау имеет очень похожую на MAP4 аминокислотную последовательность, он, вероятно, образует сходную структуру. Это значит, что работа также проливает свет на механизмы нейродегенеративных заболеваний, таких как деменция.
Цитата профессора Нитты: «Раскрыв микроморфологию комплекса MAP4 и микротрубочек в клетках, мы надеемся, что это исследование даст понимание на клеточном уровне, которое поможет нам бороться с болезнями, вызванными изменениями в клетках, такими как сердечная недостаточность и деменция».