Исследование раскрывает, как сахар-чувствительный белок действует как «машина» для включения и выключения роста растений и производства масла
Биохимики из Национальной лаборатории Брукхейвен Министерства энергетики США (DOE) и их коллеги из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) DOE изучили, как движущиеся части конкретного растительного белка контролируют рост растений и производство энергоемких продуктов, таких как масло.
Их работа, опубликованная в журнале Science Advances, описывает, как молекулярная «машина» регулируется молекулой, уровень которой зависит от количества сахара — основного источника энергии растений.
Ключевой белок-переключатель
Исследование сосредоточено на сенсорной киназе KIN10. Этот белок действует как датчик сахара и переключатель:
- При низком уровне сахара KIN10 взаимодействует с другим белком, запуская каскад реакций, которые отключают производство масла и расщепляют энергоемкие молекулы (масло, крахмал) для получения энергии.
- При высоком уровне сахара функция отключения KIN10 блокируется, что позволяет растениям расти и производить много масла.
Как сахар «переключает» KIN10?
Ученые выяснили, как молекула-посредник (прокси), уровень которой коррелирует с сахаром, связывается с KIN10 и меняет его функцию:
- Поиск сайта связывания: Методом исключения был идентифицирован один конкретный участок на KIN10, притягивающийся к отрицательно заряженной молекуле-посреднику.
- Мультимасштабное компьютерное моделирование (PNNL): Моделирование показало, что KIN10 может существовать в нескольких конформациях, но эффективно связывать молекулу-посредник может только одна из них. Были определены ключевые аминокислоты, контролирующие связывание.
- Гибкая петля — ключевой механизм: Анализ выявил, что вся молекула KIN10 жесткая, кроме одной длинной гибкой петли. Именно гибкость этой петли позволяет KIN10 взаимодействовать с белком-активатором для запуска каскада «отключения».
Механизм «включения/выключения»
- Мало сахара (ресурсы нужно экономить): Молекулы-посредника мало, петля KIN10 остается гибкой, механизм отключения активен → рост и производство масла снижаются.
- Много сахара (ресурсы есть): Молекула-посредника прочно связывается с KIN10. «Расчеты показывают, как эта небольшая молекула блокирует петлю, не давая ей колебаться и предотвращая запуск каскада отключения», — пояснила ведущий автор Джантана Бланфорд.
Потенциальное применение
Полученные детальные знания открывают путь для направленного изменения белка. «Мы могли бы потенциально использовать наши новые знания, чтобы сконструировать KIN10 с измененной силой связывания молекулы-посредника. Это позволило бы изменить "уставку", при которой растения производят такие вещества, как масло, или расщепляют их», — сказал руководитель исследования Джон Шанклин. Это может помочь в создании растений с повышенным производством масла для биотоплива и других продуктов.