Спиральное сужение — как динамин опосредует поглощение питательных веществ клеткой

Структурные биологи доктор Катя Фальбер и профессор Оливер Домке из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка (MDC) в Берлин-Бухе вместе с исследователями из Свободного университета Берлина определили молекулярную структуру динамина — «кукловода», опосредующего поглощение питательных веществ клеткой. Поскольку патогены, такие как ВИЧ, также могут проникать в клетки организма таким путём, понимание лежащих в основе молекулярных механизмов потенциально может открыть новые подходы для медицинских применений.

Многие питательные вещества проходят из крови через каналы клеточной мембраны в клетки организма. Однако подходящих каналов нет для всех веществ. Например, железо связывается снаружи клетки с крупной транспортной молекулой и импортируется другими средствами, посредством эндоцитоза. Транспортные молекулы с грузом связываются с клеточной мембраной, которая впячивается внутрь. Молекулы железа вместе со своими переносчиками захватываются в небольшой мембранный пузырёк (везикулу) и высвобождаются внутри клетки.

Важным «кукловодом» эндоцитоза является белковая молекула динамин. И в самом буквальном смысле этого слова: когда формируется везикула, молекулы динамина самоорганизуются и образуют спираль вокруг её шейки. Динамин функционирует как маленький мотор: он использует энергию клеточного ГТФ (GTP), чтобы стянуть спираль, сужая шейку везикулы, в результате чего она отшнуровывается от клеточной мембраны.

Молекулярные детали этого «стягивающего» механизма вокруг шейки везикулы ранее были неизвестны. В своём исследовании структурные биологи MDC профессор Домке и доктор Фальбер вместе с исследователем эндоцитоза профессором Фолькером Хауке и биоинформатиком доктором Франком Ноэ из Свободного университета Берлина дают фундаментальное представление об этом процессе. Используя рентгеноструктурный анализ, им удалось построить структурную модель динамина. Для этого исследования необходимо было получить белковые кристаллы динамина. Чтобы достичь этого, исследователи использовали знания, полученные в их предыдущем исследовании о родственном динамину белке. Из картины дифракции рентгеновских лучей этих кристаллов исследователи смогли вывести детальную картину динамина. «Теперь, когда у нас есть представление о том, как устроена молекула динамина, мы можем понять на атомном уровне, как функционирует молекулярный мотор динамин», — сказал профессор Домке.

Помимо поглощения питательных веществ, эндоцитоз также необходим для передачи сигналов между соседними нервными клетками и для работы иммунной системы. Таким образом, например, макрофаги поглощают патогены и обезвреживают их. Профессор Домке: «Однако патогены, такие как ВИЧ и вирусы гриппа, используют эндоцитоз, чтобы проникнуть в клетки нашего организма и распространяться там. Вот почему важно получить ещё более детальное понимание молекулярного «стягивающего» механизма динамина во время эндоцитоза. Тогда мы сможем найти потенциальные подходы для медицинских применений — особенно для пациентов с мышечными и нервными расстройствами, связанными с мутациями в гене динамина». В будущих исследовательских проектах, финансируемых Немецким научно-исследовательским обществом в рамках Совместных исследовательских центров (SFB740 и SFB958), исследователи MDC намерены ещё пристальнее изучить динамин. Они хотят выяснить, какие структурные изменения осуществляет динамин, когда клеточный энергоноситель ГТФ (GTP) связывается с белком и «стягивающий» механизм приводится в действие на шейке везикулы.