Ученые открыли новые особенности молекулярного лифта

Биофизики из Московского физико-технического института и Университета Гронингена (Нидерланды) визуализировали почти полный транспортный цикл гомолога млекопитающих глутаматного транспортера из архей. Они подтвердили, что механизм транспорта напоминает лифт: открывается «дверь», внутрь заходят ионы и молекулы субстрата, дверь закрывается, и они путешествуют через мембрану. Предположительно, транспортеры млекопитающих работают так же, поэтому это открытие потенциально важно для разработки новых методов лечения шизофрении и других психических заболеваний, вызванных нарушением работы этих транспортеров. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Глутамат — основной возбуждающий нейромедиатор в человеческом мозге. Транспортер глутамата удаляет его из синаптической щели. Этот процесс критически важен для функционирования мозга. Нарушение удаления глутамата связано со многими нейродегенеративными заболеваниями и психическими расстройствами, включая шизофрению.

Группа российских и голландских ученых определила конформационный ансамбль транспортера аспартата из архей, который является гомологом глутаматных транспортеров у человека. Для этого использовалась криоэлектронная микроскопия (cryo-EM).

Была определена структура гомолога млекопитающих глутаматного транспортера с помощью криоэлектронного микроскопа. Эти белки состоят из трех отдельных молекул, образуя тримеры. Каждый протомер состоит из двух частей: неподвижной части, закрепленной в мембране, и мобильного транспортного домена, напоминающего лифт. Исследование выявило 15 структур протомеров (в пяти тримерах), включая промежуточные конформации. Команда также подтвердила независимые движения транспортных доменов.

«Эти структуры помогают нам объяснить, как эти белки предотвращают утечку натрия, — пояснил руководитель лаборатории структурной электронной микроскопии биологических систем МФТИ Альберт Гуськов. — Как и в лифте, у транспортного домена есть дверь, и пока она открыта, лифт не движется. Но как только ионы натрия и субстрат — в данном случае молекулы аспартата — заходят в лифт, дверь закрывается, и он отправляется в путь. Так что, если присутствуют только ионы натрия, этого недостаточно, чтобы закрыть дверь».

«Это делает транспорт очень эффективным, что особенно важно в случае человеческих белков, поскольку речь идет не просто о поглощении аспартата — как у архей — а о передаче информации между нейронами», — добавил ученый.

Лаборатория структурной электронной микроскопии биологических систем под руководством профессора Гуськова создает в МФТИ современную научную инфраструктуру, позволяющую проводить в России полный цикл исследований методом single-particle cryo-EM. В 2019 году команда запустила исследовательскую платформу на базе криоэлектронного микроскопа FEI Polara G2 с планами дальнейшей модернизации до современного микроскопа.