Ранее скрытые клеточные структуры вступают в борьбу с вирусами
Новое исследование под руководством Университета Аризоны раскрыло структуру и функцию одной из новейших стратегий бактерий в борьбе с вирусами: флота высокоорганизованных ферментов, обеспечивающего быстрый иммунный ответ, способный быстро разрезать вредную ДНК вирусных захватчиков.
Это часть «самой древней войны», которая происходит повсюду — от океанов до почвы и нашего собственного кишечника.
Ферменты — это белки в живых клетках, ускоряющие химические реакции. Некоторые ферменты могут принимать несколько форм с разными функциями. В данном случае фермент SgrAI в одной форме медленно разрезает чужеродную ДНК. Однако, когда множество таких ферментов связываются и обвивают участок ДНК, они образуют филамент (нить), который увеличивает способность к расщеплению ДНК в 200 раз.
Ферменты SgrAI содержат два атома металла, которые должны быть расположены рядом с местом расщепления ДНК. Структура фермента в нефтиламентной форме удерживает один из двух атомов в неправильном положении. В филаментной структуре изменение формы фермента «толкает» этот атом на место.
Быстрый иммунный ответ важен, потому что вирусы, атакующие бактерии (бактериофаги), прикрепляются к внешней стороне бактериальной клетки, а затем вводят в неё свой генетический материал. Внутри они используют механизм репликации бактерии для создания своих копий, после чего новые вирусы разрывают клетку, чтобы заразить другие бактерии.
Это фундаментальное исследование, но понимание того, как всё работает, необходимо для исправления сбоев. Многие другие медицински важные ферменты используют этот механизм. Их неправильная работа связана с раком, аутоиммунными заболеваниями, диабетом и другими болезнями.
Обнаружение филаментов
Филаменты были впервые обнаружены около 50 лет назад, но затем были «потеряны» для науки из-за методов, призванных раскрыть внутреннее устройство клетки.
В 1960-х годах исследователи использовали электронные микроскопы. Затем появилась рентгеновская кристаллография (метод, который привёл к открытию структуры ДНК), позволившая получать изображения с ещё более высоким разрешением. Она доминировала в лабораториях последующие десятилетия, а филаменты оставались незамеченными, поскольку не образуют обнаруживаемых кристаллических структур.
О филаментах забыли примерно до 2010 года, когда несколько лабораторий по всему миру, включая лабораторию Нэнси Хортон, снова начали исследовать клеточные структуры с помощью новых, более совершенных электронных микроскопов.
Первоначально открытие существования филаментов (опубликованное в 2010 году) встретило сопротивление. После изучения научной литературы стало ясно, что об этом явлении знали десятилетия назад, но забыли. Поэтому Хортон называет это ренессансом — повторным открытием.
Сейчас Хортон является лидером в развивающейся области филаментации ферментов. Она использует гранты Национального научного фонда США на общую сумму более 2,3 миллиона долларов для изучения структуры и механизма образования филаментов ферментом SgrAI и человеческим метаболическим ферментом фосфофруктокиназой (PFK), чтобы понять преимущества филаментации для регуляции активности ферментов.