Структура белка с липид-транспортным туннелем у C. elegans раскрыта

Исследователи из Университета здоровья и науки Орегона и Университета штата Орегон обнаружили структурную организацию и белковые компоненты липид-транспортного комплекса LPD-3. Данные показывают, что LPD-3 содержит внутренний туннель, выстланный молекулами липидов, что предполагает возможный механизм масштабного переноса липидов между клеточными мембранами.

Липиды, производимые в эндоплазматическом ретикулуме (ЭР), не могут свободно перемещаться в цитоплазме из-за своей гидрофобной природы. Предполагается, что белки, подобные мосту (bridge-like lipid-transport proteins, BLTPs), могут обеспечивать массовый перенос липидов, формируя длинные туннельные структуры между органеллами.

В исследовании, опубликованном в Nature, учёные использовали криогенную электронную микроскопию и масс-спектрометрию нативого комплекса LPD-3, выделенного из трансгенных нематод Caenorhabditis elegans.

Для выделения комплекса использовали штамм C. elegans с меткой на C-конце эндогенного гена lpd-3. Белки очищали примерно от 60 миллионов червей с помощью флуоресцентной эксклюзионной хроматографии. Масс-спектрометрия идентифицировала пептиды, соответствующие полной последовательности LPD-3 из 4022 аминокислот.

Структурный анализ методом одночастичной крио-ЭМ позволил получить карту белка с разрешением 6.2 ангстрема. Функциональная значимость оценивалась с помощью нокдауна РНК-интерференции в C. elegans, Drosophila и клетках HeLa.

Ключевые результаты:

  • LPD-3 представляет собой вытянутую туннелеподобную структуру длиной 345 ангстрем.
  • Гидрофобный интерьер туннеля заполнен 27 молекулами липидов и тремя дополнительными фосфолипидами в трансмембранном домене.
  • Липиды внутри туннеля расположены на расстоянии примерно 8.4 ангстрема друг от друга, что близко к их расположению в естественных бислоях мембран.
  • Туннель выстлан чередующимися кислыми и основными остатками, образующими ионизируемую дорожку по всей его длине.
  • Четыре гидратационных портала открываются в туннель, обеспечивая доступ цитозольной воды к головным группам липидов.

Масс-спектрометрия выявила два вспомогательных белка, коочищающихся с LPD-3:

  1. Spigot, который связывается с N-концевой областью LPD-3.
  2. LTAP2 (липид-транспортный вспомогательный белок 2), чьё точное положение в структуре не определено.

Функциональные данные:

  • Нокдаун гена spgt-1 (Spigot) в C. elegans привёл к снижению апикальной актиновой флуоресценции на 79.1%, а нокдаун lpd-3 — на 91.6%.
  • Нокдаун ортологов Spigot в Drosophila нарушил фагоцитоз в астроцитах.
  • Нокдаун человеческого ортолога Spigot (C1orf43) в клетках HeLa нарушил образование сайтов контакта ЭР с плазматической мембраной.

Исследование устанавливает молекулярную архитектуру комплекса LPD-3 и предполагает механизм массового переноса липидов, при котором ионизируемые остатки и порталы организуют головные группы липидов вдоль непрерывного внутреннего пути.

Полученные структурные данные закладывают основу для изучения заболеваний, связанных с BLTP1. Мутации в человеческом гене BLTP1 ассоциированы с синдромом Алькурая-Кучинскаса, тяжёлым неврологическим расстройством.