Молекулярные пружины обеспечивают чувство осязания и слуха у мух
На молекулярном уровне наше чувство осязания до сих пор плохо изучено. Механорецепторы, которые детектируют движение клеток для создания чувств осязания и слуха, остаются загадкой.
Ученые из UC San Francisco детально картировали белковый комплекс NOMPC, который действует как механорецептор у животных от плодовых мух до рыб и лягушек. Структура, опубликованная 26 июня 2017 года в Nature, показывает машину, зависящую от квартета крошечных пружин, которые привязывают комплекс к цитоскелету клетки и реагируют на его движение.
Хотя NOMPC не обнаружен у млекопитающих, новая структура дает лучшее понимание тонкого механизма, который может позволять нашим собственным сенсорным клеткам детектировать прикосновение. Каналы, ответственные за человеческий слух, до сих пор ускользали от детального изучения. Если, как предполагают некоторые ученые, за наш слух ответственен привязанный рецептор, он может работать очень похоже на NOMPC.
Пружины могут точно настраивать чувствительность канала
Рецептор NOMPC был картирован с такой детализацией благодаря прорывам в технике single particle electron cryo-microscopy.
Структура показала, что рецептор NOMPC представляет собой пучок из четырех идентичных белков, сидящих в мембране клетки, каждый из которых имеет пружиноподобную привязь, уходящую внутрь клетки. Предыдущие эксперименты показали, что рецептор не реагирует на движения в мембране сами по себе, а открывается при более крупных движениях цитоскелета. Это позволяет заряженным ионам устремляться в клетку, создавая электрический импульс, сигнализирующий о прикосновении.
«Это первый привязанный рецептор, смоделированный с такой детализацией», — сказал Пэн Джин, PhD, один из ведущих авторов исследования. «Мы были удивлены, увидев, что природа создала свою собственную крошечную пружину, чтобы привязать рецептор к цитоскелету».
Тянуть, толкать или скручивать?
Чтобы полностью понять, как каналы вроде NOMPC открываются и закрываются, ученые должны наблюдать структуру каналов как в открытом, так и в закрытом состоянии. Это сложно для белков, координирующих механические чувства, поскольку их нужно напрямую тянуть или скручивать микроскопическими силами.
«Сложно приложить направленную силу ко всем этим отдельным молекулам, — сказал Дэвид Балкли, другой ведущий автор исследования. — И мы не знаем, в каком направлении активируется канал — его нужно тянуть, толкать или скручивать?»
Чтобы обойти эту проблему, ученые ищут способы заставить канал открыться — возможно, найдя молекулу, которая связывается с белком и фиксирует его в открытом положении, или создав мутантные версии белка, «застрявшие» в открытой позиции.
Команда также работает над созданием вычислительных моделей белка. Полученная высокоразрешенная структура поможет детально смоделировать, что происходит, когда привязи находятся под напряжением.