Как клетки выводят медь
Новое исследование Орхусского университета углубляет понимание причин серьёзных заболеваний, связанных с метаболизмом меди. Картирование механизма, регулирующего транспорт меди через клеточную мембрану и из клеток организма, даёт новое понимание состояний, связанных с хроническим дисбалансом уровня меди в организме.
Медь жизненно важна для клеток: она участвует в преобразовании энергии, защите от кислородных радикалов, работе иммунной системы, а также в образовании гормонов и нейромедиаторов.
Дисбаланс уровня меди имеет серьёзные последствия для здоровья, как видно на примере болезни Вильсона (накопление меди в печени) и синдрома Менкеса (врождённый дефект, приводящий к неврологическим нарушениям, мышечным расстройствам, низкому кровяному давлению, остеопорозу и, как правило, летальному исходу в первые три года жизни).
Оба заболевания вызваны дефектами в механизме регуляции уровня меди в клетках. Исследователи из Датского национального исследовательского центра PUMPkin в Орхусском университете приблизились к пониманию этого механизма.
Они показали, что белок, ответственный за выведение меди из клеток, использует уникальный транспортный механизм. Результаты опубликованы в журнале Nature Structural and Molecular Biology.
«Медный насос — это белок, функция которого — удалять токсичный избыток меди из клеток. Он частично находится внутри клетки, частично — в окружающей мембране. Внутриклеточные части работают как система шестерёнок. Когда «шестерёнки» вращаются, они воздействуют на часть белка в мембране, открывая и закрывая крошечный проход. Медь выкачивается через этот проход», — объясняет соавтор статьи, аспирант Олег Сицель.
Кристаллизация показывает функцию белка
Белок-медный насос, обеспечивающий транспорт ионов меди через мембрану, был изучен с помощью кристаллизации.
«Белок проходит через поэтапный цикл, чтобы выполнить насосную функцию. Мы кристаллизовали белок на разных стадиях и смогли определить, когда именно проход через мембрану открыт для выкачивания ионов меди. Мы картировали путь выхода ионов меди», — поясняет постдок Понтус Гурдон.
Энергию для работы насоса поставляет молекула ATP.
Бактерии можно отравить медью
Пока результаты не могут быть напрямую переведены в конкретное лечение, но новое знание крайне важно для фундаментального понимания причин заболеваний, связанных с дисбалансом меди.
Кроме того, понимание механизма медного насоса можно использовать для разработки новых антибиотиков, нацеленных на блокировку этого насоса у вредоносных бактерий, что приведёт к отравлению бактерий медью.
«Теперь, зная, как насос выводит медь через мембрану, мы ближе к тому, чтобы понять, как можно вывести насос из строя, чтобы уровень меди в клетке достиг токсичных значений. Эти знания можно использовать в борьбе с вредными бактериями, предотвращая их самоочищение от меди», — говорит Олег Сицель.
Исследованный белок-медный насос был выделен из бактерии Legionella pneumophila (возбудитель болезни Легионеров), клонированной в безвредном штамме E. coli.
В 2011 году в Орхусском университете были описаны основные свойства медного насоса, но только сейчас исследователи показали, как именно насос высвобождает медь. Для полного понимания всей картины предстоит ещё изучить различные фазы работы насоса.