Используя высокочувствительные флуоресцентные зонды, группа ученых из Университета Коннектикута обнаружила никогда не виденную ранее структурную динамику важного канала белка внутри основных производителей энергии в клетках - митохондрий.

Исследователи установили, что комплекс каналов, известный как транслокационный канал внутренней митохондриальной мембраны 23 или TIM23, не только непосредственно связан с энергетическим состоянием внутренней мембраны митохондрий, что учёные давно подозревали.

Также он модифицирует свою фундаментальную структуру, изменяя спиральную форму сегментов белков, располагающихся в канале, когда напряжение электрического поля мембраны падает.

Исследование, которое появится в июле в рецензируемом научном журнале Nature Structural & Molecular Biology, объясняет, как под напряжением мембрана производит структурные изменения мембранных белков и проливает новый свет на то, как клеточные транспортные системы используют энергию, чтобы выполнять свою работу внутри клеток. Работа выполнена при поддержке грантов от Национального научного фонда, Национального института здоровья и фонда Роберта А. Уэлча.

Результаты также показывают, как флуоресцентные карты на субклеточном уровне делают возможным новый взгляд на основные причины нейродегенеративных и метаболических расстройств, связанных с митохондриальной функцией. В обзоре исследований, сопровождающем публикацию, Николаус Пфаннер (Nikolaus Pfanner) из университета Фрайбурга в Германии и международный эксперт в области клеточных перемещений белков, а также несколько членов его исследовательской группы, назвали исследование «важным шагом на пути молекулярного понимания определяемого напряжением перемещения белков».

«Молекулярная природа датчиков напряжения в мембранах белков является центральным вопросом биохимических исследований. Наша работа имеет не только фундаментальную важность для понимания митохондриального биогенеза, но и открывает новые перспективы в поиске реагирующих на напряжение элементов в мембранах белков».

Для проведения экспериментов исследователи включили модифицированные остатки цистеина при помощи флуоресцентного зонда в определенные места вдоль трансмембранного сегмента комплекса TIM23, полученные из распространенных видов дрожжей Saccharomyces CEREVISIAE. Затем исследователи отслеживали датчики в режиме реального времени, наблюдая, как затвор канала и его структура реагируют на индуцированные изменения в электрическом поле внутренней мембраны.

«Это косвенный способ изучения структуры чего-либо, но поскольку мы в состоянии заглянуть в реально действующие митохондрии, он даёт нам кладезь новой информации», говорит Натан Н. Адлер (Nathan N. Adler), доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Университета Коннектикута и руководитель исследовательской группы. «То, что величина градиента напряжения на мембране может сыграть существенную роль в определении структуры этих белков, вероятно, является одним из самых важных элементов этого исследования».

На следующем этапе исследования будет осуществляться изоляция комплекса канала белка TIM23 в искусственной системе для наблюдения за тем, продолжит ли он реагировать на колебания напряжения за пределами своей естественной среде обитания. Учёные также надеются определить отдельные части белкового комплекса, работающие в качестве датчиков напряжения.

«Как только мы точно установим, что является датчиком напряжения, мы начнём лучше понимать процесс перемещения и, в конечном итоге, сможем применить эти знания к другим видам белков-транспортёров, дисфункции которых входят в этиологию заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания и рак. Если их функционирование связано с энергетическим состоянием мембраны, мы сможем увидеть, связаны ли дефекты в способности привязываться к мембране с патогенезом этих заболеваний».

medbe.ru