Исследование раскрывает совместную работу белка, жировых молекул и клеточной энергии при эндоцитозе
Клетки поглощают белки и захватывают бактерии с помощью гимнастического процесса изменения формы, называемого эндоцитозом. Исследователи из Национальных институтов здоровья (NIH) раскрыли, как ключевой белок динамин управляет этим действием.
Эндоцитоз позволяет клеткам поглощать питательные вещества, импортировать факторы роста, предотвращать инфекции и выполнять множество других жизненно важных задач. Однако, несмотря на десятилетия исследований, ученые до конца не понимают этот процесс ремоделирования мембраны. Новое исследование раскрывает, в нанометровом масштабе, как отдельные молекулы работают вместе во время одного акта эндоцитоза.
- "Мы обнаружили новые детали базового процесса, который используется всеми возможными способами каждой клеткой тела", — сказал соавтор Джошуа Циммерберг, руководитель Программы физической биологии в NICHD, где проводилось исследование.
Исследование возглавил Вадим Фролов, бывший постдок в лаборатории Циммерберга. Оно опубликовано в Science.
Роль динамина и открытый механизм
Ученые годами знали, что динамин играет главную роль в эндоцитозе. После того как другие молекулы (белки оболочки) образуют впячивание мембраны, динамин, подобно питону, обвивается вокруг его шейки и сжимает её. Энергия от молекулы GTP разрывает шейку, высвобождая везикулу внутрь клетки, не вызывая утечек.
Исследователи обнаружили, как клетка преодолевает кажущийся непреодолимым энергетический барьер для этого. Это не грубая сила, а молекулярное сотрудничество.
- Начало: Динамин слегка погружается в гибкую клеточную мембрану. Липиды (жировые молекулы) мембраны смещаются, чтобы вместить белок. Это создает напряжение, сужая шейку.
- Завершение: Затем в работу вступает GTP. Но не с резким рывком, а наоборот — он побуждает мембрану расслабиться, несмотря на экстремальное напряжение. В этот момент везикула внезапно отщепляется.
Ученые предполагают, что GTP делает динамин более гибким, превращая его в каркас, который стабилизирует мембрану, пока липиды перестраиваются.
- "Мы не видим другого способа снизить энергетический барьер для ремоделирования без утечек", — заявляет д-р Фролов.
Другие ключевые наблюдения и значение
- Без GTP динамин продолжает наращивать витки вокруг шейки (3-4 раза). В живых организмах, при наличии GTP, он делает лишь 1-2 витка перед отщеплением везикулы.
Понимание этого процесса критически важно, так как:
- Генетические дефекты в эндоцитозе и экзоцитозе связаны с рядом заболеваний: мышечная дистрофия, болезнь Альцгеймера, лейкоз и другие.
- Некоторые патогены могут захватывать процесс эндоцитоза, чтобы проникнуть в клетки и инфицировать их.
Д-р Циммерберг применяет эти фундаментальные открытия в клинике, изучая изменения в мембранах мышечных клеток при взрослой форме мышечной дистрофии, чтобы найти новые биомаркеры и методы лечения.