Как работают молекулярные моторы миозины
Исследователи из Медицинского колледжа Пенсильванского университета и их коллеги изучают, как крошечные молекулярные моторы — миозины — используют энергию для выполнения биологических задач, таких как сокращение мышц. Это понимание может привести к разработке терапий для мышечных заболеваний и рака.
Миозины — это белки, которые используют высокоэнергетический аденозинтрифосфат (ATP) для выполнения механической работы: сокращения мышц, движения клеток и клеточного деления.
В мышцах миозины генерируют движение, взаимодействуя с актиновыми филаментами — волокнистыми "рельсами", по которым они могут перемещаться. Белки производят движение в механическом шаге, известном как силовой удар.
Учёных интересует синхронизация движения миозина вдоль актиновых филаментов, которое управляется силовым ударом — процессом, называемым взмахом рычага. Хотя было известно, что миозин расщепляет ATP на продукты — фосфат и ADP — во время этого процесса, точная последовательность и время этих событий оставались неясными.
"В мышечном волокне миллионы молекул миозина, и каждая по отдельности генерирует смещение. Вместе миозины создают огромную силу для сокращения мышцы. Вопрос всегда был: как это на самом деле работает?" — Кристофер М. Йенго, доцент клеточной и молекулярной физиологии.
Чтобы это выяснить, исследователям нужно было наблюдать за генерацией силы в реальном времени. Они присоединили флуоресцентные зонды к частям миозинового мотора и наблюдали за изменениями расстояния между светящимися участками, чтобы определить время силовых движений белка.
Они обнаружили два этапа в процессе:
- Быстрый этап, который происходит до высвобождения фосфата.
- Медленный этап, предшествующий высвобождению ADP.
"В нашем исследовании мы узнали, что взмах рычага 'контролирует' высвобождение фосфата. Это означает, что миозин чрезвычайно эффективен, потому что он проходит через цикл гидролиза ATP только тогда, когда генерирует силу и движение", — пояснил Йенго.
Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Эти данные раскрывают детали работы миозиновых моторных белков. Такие знания могут углубить понимание заболеваний, связанных с движением на молекулярном уровне.
- Миозин вовлечён в некоторые типы врождённой и отсроченной глухоты, играя роль в обнаружении звуковых волн во внутреннем ухе.
- Лучшее понимание того, как миозин помогает клеткам двигаться и делиться, может даже остановить рак. Препарат, блокирующий работу миозина в раковых клетках, может помешать им вторгаться в другие клетки или метастазировать в разные органы.
- Основная область интереса — мышечные заболевания. Например, мутации миозина считаются причиной наследственной болезни, при которой стенки сердечной мышцы становятся слишком толстыми или тонкими. Ошибка в синхронизации генерации силы в сердце может объяснить это состояние.
"Обладая этой информацией, мы можем разрабатывать лекарства для коррекции дефекта, вызванного мутацией", — заключил Йенго.