Криоэлектронная микроскопия раскрыла структуры белка, поддерживающего клеточные мембраны

Используя передовую электронную микроскопию, исследователи из Орхусского университета определили первые структуры липид-флиппазы. Эти открытия позволяют лучше понять основы функционирования и здоровья клеток и в перспективе могут расширить наши знания о нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера.

Все клетки окружены клеточной мембраной, которая отделяет и защищает внутреннее содержимое клетки от внешнего мира. Мембрана состоит из двух слоёв жиров, называемых липидами. Распределение специфических типов липидов между двумя сторонами мембраны имеет большое значение для здоровья и динамической активности клетки. Липид-флиппазы — это мембранные белки, расположенные в клеточных мембранах. Они играют ключевую роль в свойствах мембраны, перемещая липиды с внешней стороны клеточной мембраны на внутренний слой.

Исследователи изучили липид-флиппазу Drs2/Cdc50, которая содержится в клетках дрожжей и активно перемещает липиды с одной стороны клеточной мембраны на другую. Схожие белки в многочисленных вариантах присутствуют и у человека, где они также связаны с активными процессами в клетках мозга и, следовательно, с механизмами, центральными для неврологических заболеваний и деменции, например, болезни Альцгеймера.

Кульминация более 10 лет работы

С новой публикацией завершилось более 10 лет целенаправленной работы для ряда студентов и исследователей из группы профессора Поула Ниссена, которые также привлекли партнёров из Университета Париж-Сакле и Института биофизики Макса Планка во Франкфурте.

С помощью технологии криоэлектронной микроскопии группе исследователей удалось определить трёхмерную структуру Drs2/Cdc50, сделав многие сотни тысяч «электронных фотографий» молекулы. Это первый случай, когда кому-либо удалось определить структуру из этого важного семейства белков — липид-флиппаз. Результаты только что опубликованы в ведущем мировом журнале Nature.

Криоэлектронная микроскопия означает, что белки охлаждают до -170°C в ультратонком слое, после чего их «просвечивают» мощным пучком электронов, и они образуют маленькие тени на сенсорной матрице.

Комбинируя тысячи изображений, на которых белок наблюдается во всех возможных случайных направлениях, можно собрать 3D-изображение, позволяющее построить модель белковой молекулы атом за атомом, с тысячами атомов.

Результаты привлекают огромное международное внимание

Это первый случай, когда в Дании с помощью криоэлектронной микроскопии определена совершенно новая структура мембранного белка, и результаты привлекают огромное международное внимание.

Работа с большими наборами данных стала возможной благодаря значительным усилиям по развитию исследовательской инфраструктуры в этой области, которая после нескольких лет работы теперь создана в Орхусе.

Определённая структура способствует фундаментальному пониманию того, как работают липид-флиппазы, и, следовательно, может объяснить некоторые заболевания, возникающие из-за мутаций в этом семействе белков. Это означает, что в трёхмерной структуре произошли небольшие изменения, и исследователи теперь могут описать эффект этих изменений.