Визуализация показала, как белок «прижимается», чтобы экономить энергию

Визуализация, созданная почти из 100 000 изображений с электронного микроскопа, показала, как белок, участвующий в мышечной активности, переходит в неактивное состояние для экономии энергии.

Этот белок — миозин, известный как молекулярный мотор из-за взаимодействия с другими белками и молекулами энергии для генерации силы и движения. Он находится внутри мышечных волокон, где формирует длинные миозиновые филаменты из сотен отдельных молекул.

Когда мышечная активность прекращается, процесс формирования филаментов обращается вспять: они распадаются на отдельные молекулы миозина.

Визуализация, разработанная учёными из Университета Лидса (Великобритания) и Университета Восточной Каролины (США), показала, как меняется структура молекулы. Она складывается и становится более компактной, что облегчает её транспортировку к месту следующего использования в клетке.

Их результаты — «Структура миозина-2 в выключенном состоянии» — опубликованы в журнале Nature.

Структура миозина

Отдельная молекула миозина крупная и состоит из «головки» и «хвоста». В активном состоянии хвосты молекул соединяются, образуя фибриллярные миозиновые филаменты. Головки в филаменте связываются с другим белком — актином — для сокращения мышц.

Объединив 96 000 изображений с электронного микроскопа, учёные смогли в беспрецедентных деталях увидеть, как молекула переходит в неактивную форму. Хвост каждой молекулы оборачивается вокруг головки и фиксируется ключевыми молекулярными взаимодействиями. Этот процесс отключает её активность и облегчает доставку молекулы к месту следующего использования.

Профессор Мишель Пекхэм из Astbury Centre for Structural Molecular Biology в Лидсе, руководившая исследованием, сказала: «Сложенный миозин подобен складному велосипеду Brompton, который хранится в сложенном состоянии, когда не нужен, и может быть быстро разложен, когда потребуется, простым отпусканием защёлки. Компактный сложенный миозин также легче транспортировать через толпу к месту назначения».

Учёные знали о роли миозина в мышечной активности десятилетиями. Но до сих пор было неясно, как формируется это неактивное состояние и почему этот процесс так строго контролируется.

Значение исследования для понимания болезней

Существуют генетические мутации миозина, связанные с определёнными заболеваниями.

Профессор Пекхэм пояснила: «Мутации в мышечном миозине вызывают широкий спектр мышечных заболеваний. Наше исследование структуры миозина и принципов его работы помогает объяснить, как мутации или дефекты в белке могут вызывать болезнь. Это открывает возможность разработки терапевтических подходов для обеспечения нормальной функции миозина».