Управление жёсткостью микротрубочек с помощью глубоководного осмолита
Кинезин и микротрубочки (MTs) — ключевые компоненты цитоскелета, играющие решающую роль во внутриклеточном транспорте. Их используют как компоненты молекулярных машин и роботов. In vitro глидинг-анализ — лучшая платформа для оценки потенциала этих биомолекул.
Группа учёных под руководством доцента Арифа Мд. Рашедула Кабира из Университета Хоккайдо разработала простой метод для обратимого и динамического контроля жёсткости микротрубочек, движимых кинезином. Результаты опубликованы в журнале ACS Omega.
В глидинг-анализе молекулы кинезина закреплены на подложке и двигают микротрубочки как молекулярные челноки. Жёсткость движущихся MTs — критический параметр для их применения. Ранее методы изменения жёсткости были необратимыми. Обратимый контроль позволил бы динамически настраивать свойства MTs, что стало бы прорывом в области молекулярных машин и робототехники.
Исследователи применили триметиламин N-оксид (TMAO) — молекулу, которая действует как осмолит у глубоководных организмов и стабилизирует белки в стрессовых условиях. Команда показала, что TMAO влияет на жёсткость MTs без необходимости модификации их структуры.
- При относительно низких концентрациях TMAO (0–200 мМ) микротрубочки оставались прямыми и жёсткими, а их скорость движения не менялась.
- При дальнейшем увеличении концентрации TMAO MTs начинали изгибаться, а их скорость снижалась.
- Учёные количественно оценили этот эффект: длина персистенции (мера жёсткости) MTs составила 285 ± 47 мкм в отсутствие TMAO и снизилась до 37 ± 4 мкм в присутствии 1500 мМ TMAO.
Процесс оказался полностью обратимым: после удаления TMAO микротрубочки восстанавливали исходную длину персистенции и скорость. Это подтвердило, что TMAO можно использовать для обратимого управления механическими свойствами и функциями MTs.
Исследовав механизм, команда пришла к выводу, что TMAO опосредует нарушение равномерности силы, прикладываемой кинезинами вдоль микротрубочки в глидинг-анализе. Именно эта неравномерная сила, по-видимому, ответственна за изменение жёсткости.
«Это исследование продемонстрировало простой метод обратимой регуляции жёсткости MTs в in vitro глидинг-анализе без модификации их структуры», — заявил Кабир. Дальнейшая работа будет сосредоточена на выяснении точного механизма действия TMAO и его использовании для контроля свойств MTs и кинезинов, что принесёт пользу молекулярным машинам и робототехнике.