Крупный план биологических наномашин: исследователи детально изучили пероксисомные процессы

Пероксисомы — клеточные органеллы размером около 0.5 микрометров, которые выполняют функции "цехов по детоксикации" и утилизации клеточных отходов, включая избыток жирных кислот и токсичные вещества. Они также играют ключевую роль в метаболизме жиров, преобразуя их в энергию. Нарушения в работе пероксисом связаны с серьёзными возрастными заболеваниями, такими как потеря слуха или зрения, болезнь Альцгеймера, диабет и рак.

Для своей работы пероксисомы импортируют необходимые ферменты через окружающую их биологическую мембрану. Этот процесс требует энергии и группы белков Pex (пероксисомные факторы биогенеза). Ключевым энергозатратным этапом является рециклинг использованных транспортных белков, который осуществляет "биологическая наномашина" — AAA-ATPase комплекс Pex1/Pex6. Эта "клеточная чистящая бригада" распаковывает и разворачивает белки для их повторного использования.

До 60% всех случаев нарушений биогенеза пероксисом связаны с мутациями в Pex1 или Pex6. Такие мутации могут вызывать редкие генетические расстройства, при которых клетки не способны формировать пероксисомы, что обычно приводит к смерти пациентов через несколько дней или недель после рождения.

Исследовательская группа под руководством профессора Христоса Гатсогианниса из Мюнстерского университета впервые показала в атомных деталях, как пероксисомная AAA-ATPase обрабатывает ферменты. Для этого использовалась криогенная электронная микроскопия на новом микроскопе стоимостью 7.5 миллионов евро.

Высокое разрешение структур позволило увидеть, как белки Pex1 и Pex6 работают синхронно. Они вытягивают субстрат, похожий на импортные рецепторы, из мембраны, чтобы обеспечить его рециклинг. Этот уникальный механизм сравним с рядом "рук", которые попарно, шаг за шагом, вытягивают толстую верёвку, распутывая её узлы.

"Атомные структуры и понимание механизма этой сложной наномашины теперь позволяют нам понять важные этапы физиологии пероксисом в здоровье и болезни, — говорит Гатсогианнис. — Теперь можно соотнести все известные мутации с их функцией, чтобы понять их химические последствия и, как результат, причины метаболических расстройств".