Разгадана давняя загадка мембранного транспорта
В 2013 году Джеймс Ротман, Рэнди Шекман и Томас Зюдхоф получили Нобелевскую премию за открытие молекулярных механизмов везикулярного транспорта — главной транспортной системы клетки. Этот процесс подобен «службе доставки»: везикулы упаковывают и переносят белки, гормоны и другие материалы между органеллами, высвобождая содержимое при слиянии с целевой мембраной. Ключевыми открытыми белками этого процесса стали N-этилмалеимид-чувствительный фактор (NSF), α-SNAP и SNARE-рецепторы.
SNARE-белки — минимальный механизм для слияния мембран. Они образуют четырёхспиральный комплекс, а NSF и α-SNAP разбирают его для повторного использования. NSF связывает молекулу АТФ, и за счёт её гидролиза в белке возникает внутреннее напряжение, которое прикладывает силу к SNARE-комплексу, разрывая его. Однако за 30 лет после открытия механизм разборки оставался неясным из-за недостатка методик.
27 марта 2015 года в журнале Science команда под руководством Тэ-Ёна Юна (KAIST) и Райнхарда Яна (Институт биофизической химии Макса Планка) сообщила о результатах, полученных с помощью методов одномолекулярной биофизики, позволяющих отслеживать и манипулировать отдельными белковыми комплексами.
«Мы выяснили, что NSF высвобождает энергию "рывком" за 20 миллисекунд, чтобы "разорвать" SNARE-комплекс в ходе одностадийной реакции глобального разворачивания, после чего сразу высвобождаются SNARE-белки», — заявил Юн.
Ранее считалось, что NSF разбирает комплекс, постепенно «разматывая» его. Также было неясно, сколько циклов гидролиза АТФ требуется и как они связаны с разборкой.
«Мы обнаружили, что NSF использует АТФ, уже связанные до присоединения к SNARE. Это означает, что для разборки комплекса достаточно одного цикла оборота АТФ. NSF накапливает энергию от отдельных молекул АТФ и высвобождает её единовременно, реализуя "пружинный" механизм», — добавил Юн.
NSF относится к семейству AAA+ АТФаз, которые играют ключевую роль в репликации ДНК, деградации белков, слиянии мембран, биогенезе пероксисом и других процессах. Это исследование даёт новые важные подсказки для изучения AAA+ АТФаз, критичных для жизнедеятельности организмов.