Учёные определили структуру "клеточного поезда" для транспорта в ресничках
Учёные из Детской исследовательской больницы Св. Иуды решили 3D-структуру крупного белкового комплекса в ресничках — сигнальных отростках на клетках. Структура была получена с наивысшим на сегодняшний день разрешением. Работа закладывает основу для изучения заболеваний мозга, почек, скелета и глаз, которые, как известно, связаны с дисфункцией ресничек, но были трудны для исследования. Результаты опубликованы в журнале Cell Research.
Реснички — это волосовидные выросты, присутствующие почти на всех клетках млекопитающих и контролирующие множество сигнальных процессов. Ресничка представляет собой тонкую трубку, в которой отсутствует аппарат для синтеза белков, необходимых для сигнализации. Поэтому сигнальные молекулы должны доставляться в ресничку из других частей клетки. Комплексы внутрижгутикового транспорта, называемые IFT-A и IFT-B, служат "поездами", которые доставляют белки к ресничкам и обратно.
Более десяти лет учёные пытались понять структуру комплексов IFT-A и IFT-B. Исследователи из Св. Иуды определили структуру комплекса IFT-A с общим разрешением около 3–4 Å, что позволяет визуализировать эти комплексы с почти атомарной детализацией.
"Теперь, когда у нас есть высокоразрешающая структура этого ресничного комплекса, мы можем картировать мутации, вызывающие заболевания, и затем разрабатывать клинические вмешательства", — сказал соавтор работы Цзи Сунь. — "Мы можем на атомном уровне увидеть, как эти "поезда" собираются вместе, образуя элегантные структуры в ресничках. Это также помогает понять, как болезнетворные мутации нарушают эту структуру".
Их работа раскрыла новые детали, которые ранее не были понятны. Например, они обнаружили ранее неизвестные цинк-связывающие сайты в IFT-A. Такие сайты важны для белкового домена типа "цинковый палец". "Цинковые пальцы" критичны для определённых белково-белковых взаимодействий, что объяснило некоторые плохо изученные связи внутри комплекса.
"Было очень интересно увидеть "цинковые пальцы", поскольку никто раньше не видел и даже не предсказывал цинк-связывающие сайты в IFT-A", — отметил Сунь. — "Наше исследование смогло уверенно это показать. Мы смогли сказать: "Эй, здесь есть цинк, и он важен для взаимодействия белков, что, вероятно, также облегчает сборку "поезда". Мы никогда бы не поняли этого без нашей высокоразрешающей структурной информации".
Молекулярный билет на посадку
Хотя "поезд" важен, это лишь часть истории. Учёные смогли определить структуру IFT-A в комплексе с белком Tubby-related protein 3 (TULP3).
"Чтобы сесть на поезд, нужен билет. TULP3 — это билет, чтобы попасть на "поезд" IFT-A", — пояснил Сунь. — "Затем TULP3 может распознавать различный молекулярный "груз", который будет транспортироваться. Таким образом, когда у вас есть молекулярный груз, который может удерживать этот "билет", он может ехать на "поезде". Если нарушить это взаимодействие с TULP3, то определённые грузы больше не смогут транспортироваться, поскольку у них не будет действительного молекулярного "билета"".
Определение 3D-структуры комплекса TULP3 и IFT-A является крупным достижением, которое даст понимание того, как сигнальные молекулы перемещаются к ресничкам и обратно, и как нарушение взаимодействия между ними может вызывать заболевание.
Изучение болезней ресничек с высоким разрешением
Реснички — важные органеллы для многих видов. Их высокая эволюционная сохранность говорит учёным о важности этих структур. Многие мутации в ресничных белках связаны с заболеваниями различных тканей.
Однако без знания структуры трудно понять, как изменения в белках вызывают болезнь. Поэтому в последнее десятилетие было много попыток определить структуру компонентов ресничек. Группе из Св. Иуды удалось получить структуру IFT-A с высоким разрешением, используя метод крио-электронной микроскопии одиночных частиц (cryo-EM).
"Наша область давно ждала, чтобы увидеть эти комплексы", — сказал Сунь. — "IFT-A — это комплекс из шести белков. Мы знаем, что мутации в IFT-A влияют на развитие скелета, особенно рёбер, а также на структуры вроде сетчатки. Существует множество заболеваний развития, вызванных мутациями в этом комплексе".
В совокупности высокоразрешающие структуры комплексов IFT-A и TULP3 теперь могут служить основой для изучения многих заболеваний развития, связанных с ресничками, и помочь в создании новых подходов для их смягчения или лечения.