Биологи давно хотели узнать, как работает этот молекулярный мотор, называемый «динеин-динактиновым комплексом». Но большой размер комплекса, бесчисленное множество субъединиц и высокая гибкость до сих пор ограничивали структурные исследования небольшими частями целого.Однако в новом исследовании биолог TSRI Габриэль С. Ландер и его лаборатория в сотрудничестве с Триной А. Шроер и ее группой в Университете Джона Хопкинса создали картину всей структуры динеин-динактин.
«Эта работа дает нам критическое понимание регуляции динеинового мотора и устанавливает структурную основу для понимания того, почему дефекты этой системы связаны с такими заболеваниями, как болезнь Хантингтона, Паркинсона и Альцгеймера», — сказал Ландер.Результаты опубликованы в журнале Nature Structural Предварительная онлайн-публикация «Молекулярная биология» 9 марта 2015 г.Беспрецедентная детализацияБелки динеин и динактин обычно работают вместе на микротрубочках для клеточной активности, такой как деление клеток и внутриклеточный транспорт критического груза, такого как митохондрии и мРНК.
Комплекс также играет ключевую роль в развитии и восстановлении нейронов, и проблемы с моторной системой динеин-динактин были обнаружены при заболеваниях мозга, включая болезни Альцгеймера, Паркинсона и Хантингтона, а также боковой амиотрофический склероз (БАС). Кроме того, некоторые вирусы (включая герпес, бешенство и ВИЧ), по-видимому, захватывают транспортную систему динеин-динактин, чтобы проникнуть глубоко внутрь клеток.«Понимание того, как динеин и динактин взаимодействуют и работают, и как они на самом деле выглядят, определенно будет иметь медицинское значение», — сказал научный сотрудник Сайкат Чоудхури, член лаборатории Lander, который был первым автором исследования.
Для изучения комплекса динеин-динактин лаборатория Шрёра сначала произвела отдельные белки динеин и динактин, которые сами по себе являются сложными, с множеством субъединиц, но настолько консервативны в ходе эволюции, что обнаруживаются в почти идентичной форме в организмах от дрожжей до млекопитающих.Затем Чоудхури и Ландер использовали электронную микроскопию (ЭМ) и передовые методы обработки изображений для создания двумерных «снимков» основных структур динеина и динактина. Эти структурные данные содержали беспрецедентные детали и выявили субъединицы, которые ранее не наблюдались.
Затем Чоудхури и Лендер разработали новую стратегию очистки и изображения динеина и динактина в комплексе вместе на микротрубочке — железной структуре, повсеместно распространенной в клетках, по которой динеин-динактин перемещает свои грузы.«Это первый снимок того, как выглядит весь комплекс динеин-динактин и как он ориентирован на микротрубочке», — сказал Чоудхури.Расширяя границы
Структурные данные проясняют, как динеин и динактин сочетаются друг с другом в микротрубочке, как они привлекают грузы и как им удается последовательно перемещать эти грузы в одном направлении.Ландер и Чоудхури теперь надеются развить результаты, создав трехмерное изображение комплекса динеин-динактин-микротрубочки с более высоким разрешением с использованием связанной с ЭМ техники, называемой электронной томографией.«Электромагнитная лаборатория в TSRI — лучшее место в мире для того, чтобы раздвинуть границы возможностей визуализации сложных молекулярных машин, подобных этим», — сказал Ландер.
Исследование было поддержано Фондом исследований рака Дэймона Руньона (DFS- # 07-13), программой Pew Scholars, программой Searle Scholars и Национальными институтами здравоохранения (DP2 EB020402-01, GM44589).