Новое исследование раскрывает механизм транспорта сахара в растениях
Белки-транспортеры сахара (STPs) играют ключевую роль в поглощении глюкозы растениями. Они отвечают за импорт сахара в такие органы, как семена, пыльца и плоды, и необходимы для правильного развития тканей. Кроме того, контроль поглощения сахара через STPs используется растениями как важная защитная стратегия против микробной инфекции — путем создания голодания и конкуренции за сахар, чтобы ограничить рост микробов.
Результаты являются продолжением более ранних исследований группы доцента Бьёрна Паньеллы Педерсена из Департамента молекулярной биологии и генетики. Основной проблемой для прогресса в этой области было получение структур STPs в разных конформациях.
Аспирант и первый автор Лауст Бавнхёй объясняет: «STPs — это высокодинамичные мембранные белки, которые претерпевают большие конформационные изменения во время транспорта. Эта гибкость представляет большую проблему, поскольку для определения структуры методом рентгеновской кристаллографии необходима конформационная стабилизация. Эта задача усугублялась тем, что нам нужен был транспортер в очень специфической конформации. Основываясь на нашей предыдущей работе, мы смогли создать мутанты, которые дестабилизировали обращенную наружу конформацию. Это позволило нам преодолеть "конформационный застой" и перевести наш белок в новую обращенную внутрь конформацию».
Новая работа сообщает о двух кристаллических структурах STP10 Arabidopsis thaliana. Структуры представляют два основных состояния, необходимых для понимания полной картины совместного транспорта субстрата и протона через клеточную мембрану в клетку.
Структура и динамика рука об руку
В совместной работе с группой профессора Биргит Шётт с химического факультета Орхусского университета исследователи также использовали современное моделирование методом молекулярной динамики, чтобы подтвердить идею связывания протона с помощью нескольких независимых подходов. Структуры и молекулярная динамика в сочетании с всесторонней биохимической характеристикой STP10 предоставляют доказательства механизма поглощения сахара, основанного на четко определенном сайте связывания глюкозы, связанном с ясным сайтом связывания протона. В совокупности эти данные впервые показывают элементы, необходимые для механизма транспорта субстрата, который важен для всех STPs и других родственных семейств белков.
«Комбинируя эти методы, мы смогли не только идентифицировать ключевые элементы, участвующие в транспортном цикле STPs, но и предоставить новые доказательства регуляторных механизмов, сохранившихся в семействе сахарных портеров во всех царствах жизни», — говорит Бьёрн Паньелла Педерсен. «Мы недавно показали, что этот регуляторный механизм также обнаружен в человеческих транспортерах сахара, и наша новая работа поддерживает идею общей схемы кинетического контроля в семействе Sugar Porter в ходе эволюции».
Исследователи из Орхусского университета определили структуры белка-транспортера сахара, который управляет транспортом сахара в растениях. Исследование дает всестороннее представление о поглощении сахара такими органами растений, как цветы, семена и плоды. Будущие исследования могут использовать эти открытия для решения таких проблем, как продовольственная безопасность, путем улучшения сельскохозяйственных культур.
Исследование опубликовано в Nature Plants.