Ученые показали, как сенсорный белок меняет форму с нанометровым разрешением
Новое исследование ученых из Scripps Research раскрывает, как сенсорный ионный канал PIEZO1 меняет форму в ответ на механические стимулы. Работа, опубликованная в Nature, показывает конформацию белка в естественной среде — клеточной плазматической мембране.
Ключевое открытие: Используя флуоресцентные метки и микроскопы сверхвысокого разрешения (MINFLUX и iPALM), ученые обнаружили, что в мембране PIEZO1 находится в расширенной конформации. Это контрастирует с предыдущими моделями, полученными на изолированном белке без мембраны, которые предсказывали свернутую, чашеобразную форму.
Как изучали: Исследователи пометили разные участки белка и измерили расстояния между ними в трех состояниях:
- В покое — лопасти белка (по форме напоминающего трехлопастной пропеллер) расширены.
- При ингибировании токсином чилийского розового тарантула, который снимает напряжение мембраны, — белок принимает свернутую, чашеобразную форму.
- При активации растяжением мембраны — лопасти расширяются еще сильнее, и канал электрически активируется.
"Степень расширения лопастей, по-видимому, коррелирует с активацией канала. Когда лопасти сильно свернуты, канал не активен, но когда они более расширены или даже полностью плоские, канал очень активен", — говорит первый автор Эрик Малхолл.
Важный механизм: В клеточной среде PIEZO1 находится в состоянии механического равновесия с мембраной. Давление мембраны расплющивает канал, удерживая его в расширенном состоянии, что облегчает передачу механического стимула.
Дополнительные детали: Анализ также показал, что лопасти PIEZO1 жесткие у основания, но гибкие на концах. Эта "гибкость" может помогать гасить фоновый механический шум внутри клетки.
Значение и перспективы:
- Результаты объясняют, как клеточное окружение формирует структуру PIEZO1 и раскрывают молекулярные движения, лежащие в основе его активации.
- Полученная модель движения белка может стать платформой для скрининга лекарств, модулирующих активность канала (например, для лечения механической боли или заболеваний, связанных с дефектами PIEZO1, таких как наследственный ксероцитоз).
- Исследование демонстрирует потенциал флуоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения для структурной биологии в естественной среде.
"Теперь мы можем начать думать о структурной биологии с использованием светового микроскопа", — говорит старший автор Ардем Патапутян, лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 2021 года за открытие PIEZO-каналов.
В дальнейшем команда планирует проанализировать больше участков белка, чтобы понять, как движется вся молекула целиком.