«Скрученный лифт» может быть ключом к пониманию неврологических заболеваний
Международная группа учёных под руководством Сиднейского университета выяснила структуру одного из важнейших молекулярных механизмов в наших клетках — транспортера глутамата, что помогает объяснить, как клетки мозга общаются друг с другом.
Транспортеры глутамата — это крошечные белки на поверхности всех наших клеток, которые включают и выключают химические сигналы, играющие ключевую роль в обеспечении плавной межклеточной коммуникации. Они также участвуют в нервной передаче, метаболизме, обучении и памяти.
Исследователи зафиксировали транспортеры с высочайшей детализацией с помощью криогенной электронной микроскопии (cryo-EM), показав, что они похожи на «скрученный лифт», встроенный в клеточную мембрану.
Это открытие, первое в мире, открывает целое новое поле возможностей для изучения того, могут ли дефекты в этих транспортерах быть причиной неврологических заболеваний, таких как болезнь Альцгеймера.
Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Многофункциональный транспортер
Исследователи смогли «сфотографировать» структуру транспортера глутамата, проанализировав тысячи изображений, зафиксированных в тонком слое льда с помощью cryo-EM — высокочувствительного микроскопа, сделавшего эту работу возможной.
Cryo-EM позволяет увидеть невидимое невооружённым глазом, используя пучки электронов для съёмки биологических молекул.
Результаты также подтвердили давние подозрения учёных о том, что транспортеры глутамата — многофункциональны.
«С помощью Cryo-EM мы впервые раскрыли, как эти транспортеры могут выполнять двойную функцию: перемещать химические вещества (такие как глутамат) через клеточную мембрану, одновременно позволяя воде и ионам хлорида проходить через неё», — говорит старший автор работы профессор Ренаэ Райан.
«Эти молекулярные машины используют очень крутой скручивающийся, лифтоподобный механизм для перемещения своего груза через мембрану. Но у них есть дополнительная функция, позволяющая воде и ионам хлорида проходить через неё. Мы изучали эти двойные функции довольно давно, но до сих пор не могли объяснить, как транспортеры это делают. Используя комбинацию методов, включая cryo-EM и компьютерное моделирование, мы зафиксировали это редкое состояние, когда можем наблюдать обе функции одновременно».
Ключ к пониманию механизмов болезней
Детальное картирование структуры транспортера глутамата может стать решающим инструментом для понимания того, как работает наш организм, и механизмов некоторых заболеваний.
Дефекты транспортера глутамата связаны со многими неврологическими заболеваниями, такими как болезнь Альцгеймера и инсульт.
Сюда входят и редкие заболевания, например, эпизодическая атаксия — болезнь, влияющая на движение и вызывающая периодические параличи, вызванная неконтролируемой утечкой хлорида через транспортер глутамата в клетках мозга.
«Понимание структуры транспортера глутамата, который контролирует нормальный поток хлорида, может помочь в разработке лекарств, способных «закупорить» хлоридный канал при эпизодической атаксии», — говорит соавтор работы доктор Цяньи Ву.
Результат командной работы
Статья стала результатом семи лет работы исследователей из Австралии и США. Работа также подчёркивает важность и потенциал микроскопии высокого разрешения для понимания биологических процессов.