Новое исследование раскрывает механизм работы клеточных транспортных систем

Ученые из Университета Коннектикута с помощью высокочувствительных флуоресцентных зондов впервые зафиксировали структурную динамику важного белкового канала внутри митохондрии — основной энергостанции клетки.

Исследование показало, что белковый комплекс TIM23 (транслоказа внутренней мембраны митохондрий 23) не только напрямую связан с энергетическим состоянием внутренней мембраны, как давно предполагалось, но и меняет свою фундаментальную структуру при падении напряжения вдоль электрического поля мембраны. Это изменяет спиральную форму белковых сегментов, выстилающих канал.

Работа, опубликованная в рецензируемом журнале Nature Structural & Molecular Biology, объясняет, как энергетическое состояние мембраны управляет структурной динамикой мембранных белков. Она также демонстрирует, как флуоресцентное картирование на субклеточном уровне может выявить новые данные о причинах нейродегенеративных и метаболических расстройств, связанных с функцией митохондрий.

В обзоре к статье Николас Пфаннер из Университета Фрайбурга (Германия) и его коллеги назвали исследование «крупным шагом к молекулярному пониманию управляемой напряжением белковой транслоказы».

Для проведения исследования ученые внедрили в определенные позиции трансмембранного сегмента комплекса TIM23 (выделенного из дрожжей Saccharomyces cerevisiae) цистеиновые остатки, модифицированные флуоресцентным зондом. Затем команда в реальном времени наблюдала, как ворота канала и его структура реагируют на изменения электрического поля внутренней мембраны.

«То, что величина градиента напряжения на мембране может играть значительную роль в определении структуры этих белков, — вероятно, один из самых важных элементов этого исследования», — говорит руководитель исследования Натан Н. Алдер.

Следующий этап работы будет направлен на изучение изолированного комплекса TIM23 в искусственной системе, чтобы проверить, продолжает ли он реагировать на колебания напряжения вне естественной среды. Команда также надеется идентифицировать конкретные части белкового комплекса, которые действуют как датчики напряжения.

Исследование было поддержано грантами Национального научного фонда (NSF), Национальных институтов здоровья (NIH) и Фонда Роберта А. Уэлча.