Использование мутантных бактерий для изучения влияния изменений в мембранных белках на функции клетки

Фосфолипиды — это нерастворимые в воде «строительные блоки», которые формируют мембранный барьер вокруг клеток и обеспечивают структурную основу и среду для мембранных белков. На 62-й ежегодной встрече Биофизического общества (17–21 февраля, Сан-Франциско, Калифорния) Уильям Доухан из Медицинской школы Макговерна Техасского университета в Хьюстоне представил работу своей группы по изучению того, как липидное окружение мембранного белка определяет его структуру и функцию.

Внутри фосфолипидной среды существуют два типа мембранных белков. «Гидрофильные (любящие воду) экспонированы на поверхности мембраны, где стабильно взаимодействуют с водной средой, окружающей мембраны, а гидрофобные (отталкивающие воду) экспонированы внутрь мембран», — пояснил Доухан.

Благодаря этому балансу гидрофильных и гидрофобных белков на внутренней и внешней сторонах клеточной мембраны условия остаются стабильными. «Например, гидрофильные (белки) на одной стороне мембраны не должны переворачиваться через гидрофобную сердцевину мембраны на другую сторону», — отметил Доухан.

Это заставило Доухана задуматься, почему «клетки поддерживают тысячи уникальных видов фосфолипидов». Чтобы выяснить это, его группа создала мутанты бактерии Escherichia coli и дрожжей Saccharomyces cerevisiae, в которых можно было варьировать состав этих «строительных блоков». «По мере изменения состава мембранных фосфолипидов мы неблагоприятно влияли на клеточные функции», — сообщил Доухан.

Эти выводы значимы, потому что «мембранные белки изначально синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме (внутри клетки), а затем транспортируются к другим мембранам, где функционируют», — сказал Доухан. «Таким образом, изменение фосфолипидного окружения во время этого транспортного процесса... внутри мембраны может изменить структуру и функцию белка. Важность динамических изменений в функции мембранных белков, связанных с составом фосфолипидов, — это непризнанный способ контроля клеточных процессов».

То, как клетки регулируют различные процессы, является центральным для поддержания жизнеспособности клетки, и это уникальное свойство каждого типа клеток. «Чтобы полностью понять жизнь, нам нужно не только определить каждую химическую реакцию внутри клетки, но и то, как каждая из них регулируется и интегрируется друг с другом», — заключил Доухан.