Анатомия трех молекулярных каналов: новая детализация
Ученые из лаборатории Родерика МакКиннона в Рокфеллеровском университете, используя передовую технологию криоэлектронной микроскопии (заморозки молекул), с беспрецедентной детализацией реконструировали трехмерную архитектуру трех ионных каналов. Эти каналы обеспечивают путь для специфических типов ионов через защитную мембрану клетки. Поскольку такие ионы критически важны для биохимической передачи сигналов между клетками, открытия имеют значение для понимания работы мышц, сердечного ритма и многих других физиологических процессов.
Исследователи использовали оборудование Центра криоэлектронной микроскопии Эвелин Грасс Липпер для получения изображений молекул, замороженных в тонком слое льда. На основе этих данных они определили структуры каналов в 3D вплоть до уровня отдельных атомов.
"Структурная биология пережила настоящую революцию благодаря устройствам, способным напрямую детектировать электроны, используемые для визуализации образца", — говорит старший автор Родерик МакКиннон. "Эта технология позволила определять высокоразрешенные структуры на основе изображений отдельных, случайно ориентированных белковых молекул". Это открывает путь для исследования функций молекул и может помочь в разработке методов лечения ряда заболеваний.
Хлоридный канал CLC: тонкое изменение — другой механизм работы
Хлоридный канал CLC пассивно пропускает ионы. Однако у него есть близкий "родственник" — обменник, который перемещает хлорид-ионы, обменивая их на протоны. В структурных данных постдока Юнионга Парка и специалиста-исследователя Эрнеста Б. Кэмпбелла обнаружилась деталь, объясняющая разницу: положение петли в поре, через которую движутся ионы. В обменнике эта петля частично блокирует путь. В новой структуре CLC петля отогнута, что позволяет хлориду двигаться свободнее. Исследование опубликовано 21 декабря в Nature.
"Водитель ритма" HCN: как ответ меняется на противоположный
Канал HCN, пропуская калий и натрий через мембрану, участвует в создании ритмических электрических сигналов, включая токи водителя ритма сердца. Его отличает нестандартная реакция на изменение напряжения: в то время как другие каналы открываются при возбуждении клетки, HCN закрывается. И, в отличие от других, он открывается, когда клетка возвращается в состояние покоя. Постдок Чиа-Сюэ Ли обнаружил особенности, способствующие этому различию, включая необычно длинное "плечо" в сенсоре напряжения HCN (синий) по сравнению с родственным калиевым каналом (оранжевый). Более длинное плечо, вероятно, стабилизирует пору в закрытом состоянии после начала импульса. Эти результаты опубликованы 12 января в Cell.
Канал Slo2.2: переключатель для успокоения нейронов
Чтобы предотвратить неконтролируемое распространение высокочастотных импульсов, канал Slo2.2 действует как тормоз, выпуская калий из клетки. Он активируется в ответ на приток натрия во время сигнала. Постдок Ричард Хайт и его коллеги ранее определили структуру закрытого Slo2.2 (без натрия). В новом исследовании, опубликованном 19 января в Cell, Хайт подверг канал воздействию различных концентраций иона-триггера (натрия), чтобы определить распределение всех структур, существующих одновременно при заданной концентрации, — первый подобный эксперимент. Оказалось, что канал существует только в двух конформациях: закрытой и открытой. Следовательно, его открытие представляет собой резкий переход, подобный включению светового выключателя.
Родерик МакКиннон — исследователь Медицинского института Говарда Хьюза и лауреат Нобелевской премии по химии 2003 года.