O structură proteică mobilă explică activarea motoarelor moleculare în celule
O celulă nervoasă seamănă cu un copac imens, cu ramuri care comunică cu mii de alte celule. Pentru a funcționa, aceasta depinde de o proteină motor care se deplasează pe două picioare, transportând încărcături urgente de la centrul celulei până la vârfurile fiecărei ramuri.
Cercetătorii au dezvăluit o nouă structură a acestei proteine care umblă, arătând cum celulele o controlează.
„Aceasta este vârful înțelegerii modului în care celulele pot activa motoare, cu precizie, pentru a ajunge în diferite locuri la momente diferite”, a declarat Jawdat Al-Bassam, profesor asociat de biologie moleculară și celulară la UC Davis.
Proteina kinesină-1 este esențială pentru funcționarea neuronilor. Dacă aceasta nu funcționează corect, celulele cerebrale nu mai pot trimite pachete de neurotransmițători și alte încărcături acolo unde sunt necesare. Celulele se îmbolnăvesc și mor, declanșând boli care cauzează paralizie, convulsii și deficite cognitive.
Descoperirea, publicată pe 15 iulie în Science Advances, ar putea constitui o bază pentru tratamentele acestor boli incurabile, a afirmat Richard McKenney, profesor de biologie moleculară și celulară la UC Davis: „Dacă vrei să proiectezi medicamente, având aceste structuri clare va fi un avans major în acest sens. Acest lucru va deschide multe întrebări științifice noi.”
Cercetătorii înțeleg cum funcționează motorul kinesinei-1 – fiecare pas înainte este alimentat de ruperea unei molecule de energie numită ATP. Totuși, o întrebare crucială a rămas fără răspuns timp de 40 de ani.
„Este o mașină simplă care se va mișca într-o singură direcție dacă o activezi”, a spus McKenney. Dar, asemenea măturii fermecate din povestea „Ucenicul vrăjitor”, kinesina-1 nu are un simț comun propriu – așa că celula trebuie să o activeze și să o dezactiveze, exact atunci când este necesar.
McKenney și colaboratorii săi știau că kinesina-1 există de obicei într-o stare deactivată. Celula o activează prin atașarea unei proteine numită MAP7 pe spatele său. Totuși, mecanismele acestui comutator rămâneau un mister.
Echipa lui Al-Bassam, condusă de Md Ashaduzzaman, cercetător postdoctoral, a folosit o metodă numită criomicroscopie electronică pentru a captura mii de imagini ale proteinei dezactivate. Combinând aceste imagini, au produs o imagine clară a modului în care arată kinesina-1 atunci când este dezactivată.
„Este o structură foarte surprinzătoare”, a declarat Al-Bassam.
Mătura dezactivată era, de fapt, pliată în jumătate, cu capătul său superior prins între picioare, astfel încât să nu poată merge. O conexiune de pe o jumătate a măturei se agață de cealaltă jumătate, acționând ca un elastic care o menține pliată.
Această structură pliată acționează ca o dublă încuietoare, imobilizând picioarele și obstrucționând locul de andocare unde se atașează încărcătura – astfel încât, chiar dacă picioarele s-ar mișca, nu ar avea nimic de transportat.
Al-Bassam și McKenney au descoperit că atunci când MAP7 se atașează de kinesina-1 pentru a o activa, aceasta se introduce și eliberează elasticul. Acest lucru determină desfășurarea măturei, eliberându-i picioarele și expunând secțiunea superioară unde se atașează încărcătura.
Descoperirea ar putea oferi informații despre proteinele strâns legate prezente în toate animalele, plantele, ciupercile și protistele unicelulare. Este important de menționat că are implicații pentru unele boli neurodegenerative incurabile, cum ar fi scleroza laterală amiotrofică (ALS), boala Charcot-Marie-Tooth de tip 2 și paraplegia spastică ereditară 10, care cauzează probleme cognitive, convulsii, orbire, paralizie, slăbiciune musculară, dureri și alte simptome debilitante.
Mutațiile în kinesina-1 stau adesea la baza acestor boli, iar unele dintre acestea își exercită efectele negative prin împiedicarea activării sau dezactivării proteinei. Acum, având o imagine clară a structurii kinesinei-1, McKenney și Al-Bassam pot studia modul în care mutațiile împiedică celula să controleze mătura sa.
„Ar putea fi posibil să proiectăm o moleculă care să se lege de proteina mutantă și să corecteze defectul acesteia”, a spus Al-Bassam.
Această cercetare este finanțată de Institutele Naționale de Sănătate. A folosit facilități științifice avansate la UC Davis, inclusiv Centrul de Microscopia Electronică Biologică.
Alte coautoare includ Kyoko Okada de la Departamentul de Biologie Moleculară și Celulară de la UC Davis și Yuqi Tang și Stephen Fried de la Universitatea Johns Hopkins.
