Динамин сужает клеточные мембраны, ослабляя хватку

Динамин — это белок, играющий ключевую роль в эндоцитозе — процессе, при котором клетки поглощают вещества, заключая их в везикулы из клеточной мембраны. Чтобы везикула отпочковалась, шейка мембраны должна быть сужена и перерезана. Динамин собирается в кольцо вокруг этой шейки и использует энергию гидролиза ГТФ (GTP), чтобы изменить свою форму и разделить мембрану.

Однако экспериментально наблюдать, как именно это структурное изменение — переход от состояния, связанного с GTP, к состоянию, связанному с ГДФ (GDP) — механически приводит к сужению мембраны, было сложно из-за большого и сложного строения белка.

Для исследования этого молекулярного механизма научная группа применила моделирование методом крупнозернистой молекулярной динамики (CG-MD). Этот вычислительный подход позволил им создать реалистичную систему, содержащую как большую сборку динамина, так и липидную мембранную трубку.

Смоделировав переход из GTP-состояния в GDP-состояние, они успешно воспроизвели детальные движения динамина и мембраны.

Хотя динамин использует энергию гидролиза GTP для изменения формы, было неясно, как это приводит к сужению мембраны. Моделирование показало, что вместо простого сжатия динамин на определённом этапе «ослабляет» (расширяет) хватку, чтобы создать силу, необходимую для сужения окружающей мембранной трубки.

Исследование, опубликованное в The Journal of Physical Chemistry Letters, даёт более чёткое объяснение процессов деформации мембраны и образования везикул в клетках, а также открывает перспективы для разработки искусственных наноустройств.

Вопреки распространённому представлению о том, что динамин напрямую затягивается вокруг мембраны, как пояс, моделирование продемонстрировало, что гидролиз GTP заставляет кольцо динамина «ослабнуть» и расшириться. Это расширение кольца приводит к неожиданному и критически важному косвенному сужению соседнего участка мембраны.

Результаты моделирования предлагают новую перспективу: динамин не просто «сжимает» мембрану. Вместо этого, после гидролиза GTP, структура кольца динамина «ослабевает» или расширяется. Это расширение оказывает давление на мембрану в покрытой белком области, что механически вызывает значительное косвенное сужение в соседнем, непокрытом белком участке мембранной трубки. Эта сила сужает трубку достаточно для обеспечения деления.

Успешно воспроизведя сложное взаимодействие между структурными изменениями белка и деформацией мембраны на компьютере, это исследование значительно углубляет понимание различных биологических явлений, включая внутриклеточный транспорт и проникновение вирусов.

Кроме того, эти открытия, касающиеся механики деформации мембран, прокладывают путь для инженерных приложений, таких как проектирование искусственных наноустройств, и могут внести вклад в медицинские исследования заболеваний, вызванных нарушениями в динамике мембран.