Раскрытие внутренней работы молекулярного мотора

Ученые из Института наук о мозге RIKEN (Япония) в исследовании, опубликованном в Journal of Cell Biology, сделали важные шаги к пониманию того, как динеин — «молекулярный мотор» — шагает по трубчатым структурам в клетке, чтобы перемещать клеточный груз от периферии к телу нейрона. Его работа важна для ряда клеточных функций, включая аксональный транспорт и расхождение хромосом, а его дисфункция приводит к врожденному нарушению развития мозга — лиссэнцефалии.

Клетки обладают сложным цитоскелетом из микротрубочек. Моторные белки, такие как динеин и кинезин, перемещаются по ним, транспортируя грузы, используя энергию гидролиза ATP в ADP. Механизм хорошо изучен для кинезина, но для динеина было сложно объяснить, как связывание с микротрубочкой (через стержень-«сталк») передает сигнал на удаленный сайт гидролиза ATP.

В новом исследовании, проведенном совместно с Университетом Осаки, Университетом Васэда и Университетом Хосэй, ученые использовали криоэлектронную микроскопию. Они показали, что две конкретные аминокислотные остатки в структуре микротрубочки, R403 и E416, являются ключом к включению «переключателя», критического для активации динеина. Мутации в этих последовательностях приводят к тому, что динеин теряет направленное движение и начинает хаотично двигаться вперед-назад.

Это подтверждает общепринятую идею, что движение молекулярных моторов в основе своей является случайным броуновским движением, а направленность обеспечивается тонкими изменениями прочности связей на границе мотор–микротрубочка.

Кроме того, группа обнаружила, что включение механического переключателя на этой границе запускает гидролиз ATP. Результаты указывают, что тонкие структурные изменения в связях передаются через небольшой сдвиг в конфигурации двух спиралей стержня, что и дает сигнал к гидролизу ATP на соответствующем сайте.

Сэйити Утимура, первый автор статьи: «Нам удалось четко продемонстрировать, что молекулярный мотор динеин активируется "переключателем", контролирующим взаимное взаимодействие динеина и микротрубочки. Это важно, поскольку мутация в структуре этого переключателя, как было показано, вызывает лиссэнцефалию».

Эцуко Муто, руководившая исследованием: «В будущем мы надеемся, что дальнейшее понимание взаимодействия динеина и микротрубочки может проложить путь к терапии таких состояний».