Транспортная молекула формирует защитную структуру для доставки белков к клеточной мембране

Молекулярный комплекс, направляющий важный класс белков к правильным местам в клеточных мембранах, делает это, формируя димерную структуру с защитным карманом. Об этом сообщают учёные из Чикагского университета в журнале Science от 5 марта. Эта структура защищает якорные белки мембраны — участвующие в широком спектре клеточных функций от высвобождения нейромедиаторов до производства инсулина — от вредной агрегации или неправильного сворачивания при движении во внутренней среде клетки. Результаты проясняют механизм фундаментального биологического процесса.

"Клетка способна защитить якорные белки и доставить их к правильной мембране в нужное время с помощью этого двухсубъединичного комплекса", — сказал соавтор исследования Роберт Кинэн, PhD.

Мембранные белки участвуют в ряде важных клеточных функций. Их гидрофобные регионы встраиваются в липидный бислой мембран. Во время синтеза белка в водной среде клетки возникающие гидрофобные регионы склонны слипаться, чтобы избежать воды. Чтобы предотвратить вредную агрегацию, защитные механизмы немедленно экранируют эти регионы.

В отличие от большинства мембранных белков, якорные белки содержат только один гидрофобный регион, который синтезируется последним. Для их защиты от агрегации требуется координация нескольких молекулярных факторов, составляющих путь GET ('guided entry of tail-anchored proteins').

Ключевой компонент этого пути — таргетирующий фактор Get3, который захватывает и защищает гидрофобный регион якорных белков. Механизм его работы был предметом споров. Предыдущие исследования предполагали, что четыре молекулы Get3 образуют тетрамерный комплекс. Другие работы, включая исследования Кинэна и его соавтора Рамануджана Хеджа, PhD, указывали на димерный комплекс из двух субъединиц Get3.

Чтобы разрешить этот вопрос, команда под руководством Агнешки Матеи, PhD, сначала собрала комплексы Get3-субстрат в лаборатории. Используя очищенные компоненты для имитации физиологических условий, они обнаружили димерные структуры. Get3 образует димеры, когда связан с АТФ, но также естественным образом расщепляет АТФ со временем, что, вероятно, привело к предыдущим наблюдениям тетрамерных комплексов в нефизиологических условиях. Когда исследователи экспрессировали якорный белок в бактериях с модифицированной версией Get3, неспособной расщеплять АТФ, формировались только димерные комплексы.

Для визуализации физиологически значимой структуры учёные использовали кристаллизацию белка, чтобы изучить Get3, удерживающий гидрофобный якорный белок. В сотрудничестве с Тони Коссиакофф, PhD, команда разработала синтетические фрагменты антител, которые связывались с определёнными частями димера Get3. Эти антитела облегчили упаковку Get3 и субстрата в кристалл.

Анализ этого комплекса атом за атомом показал, что Get3 функционировал именно так, как предсказывали учёные: две субъединицы Get3 защищали якорный белок в большом гидрофобном желобке.

"В итоге мы определили структуру физиологического комплекса. Это очень важный биологический путь, сложная техническая проблема, и лишь второй случай, когда мы видим, как гидрофобный трансмембранный белок связывается со своим таргетирующим фактором", — отметил Кинэн.

С решённой структурой и прояснённым защитным механизмом Get3 команда Кинэна теперь исследует механизм других этапов пути GET.

"Механистические детали пути GET различны, если вы предполагаете димерную или тетрамерную модель. Продемонстрировав, что физиологически значимый таргетирующий комплекс является димерным, мы получаем относительно простую, элегантную рабочую модель. Это действительно проясняет мышление в этой области", — заключил Кинэн.