Внутри протеинового канала, поддерживающего жизнь бактерий

Почти все полагаются на одни и те же аварийные клапаны — белковые каналы, которые открываются под давлением, выпуская поток содержимого клеток. Это последняя попытка, , которая не дает бактериям взорваться и умирать, когда они растянуты до предела. Если бы мы поняли, как работают эти белковые каналы, можно было бы разработать антибиотические препараты, которые открывали бы их по требованию, истощая питательные вещества бактерии, используя шлюзы, общие для многих видов.


Но эти каналы сложно использовать в лаборатории. И как именно они открываются и закрываются, проходя через субпроводящее состояние и заканчивая десенсибилизированным состоянием под действием механических сил, остается малоизученным. Теперь новое исследование лаборатории Томаса Вальца Рокфеллера представляет новый метод активации и визуализации этих каналов, позволяющий объяснить их функцию. Полученные данные проливают свет на ключевые мембранные бактерий, и этот же метод можно использовать для улучшения нашего понимания подобных каналов у людей.

«Мы действительно смогли увидеть, как весь цикл белкового канала проходит через ряд функциональных стадий», — говорит Уолц.

Уолц давно сосредоточился на MscS, белке, встроенном в бактериальные мембраны, который открывается в ответ на механическую силу. Белки MscS существуют в закрытом состоянии, находясь в толстой мембране. Ученые когда-то подозревали, что, когда накопление жидкости заставляет клетку набухать и натягивать мембрану, она растягивается настолько тонко, что ее белки выступают наружу. Попадая в незнакомую среду, белковые каналы открываются, высвобождая содержимое и сбрасывая до тех пор, пока мембрана не вернется к своей первоначальной толщине, а ее каналы не захлопнутся.

Но когда Исяо Чжан, научный сотрудник группы Walz, более пяти лет назад проверил эту теорию, воссоздав белки MscS в небольших специально разработанных мембранных пластырях, он обнаружил, что невозможно открыть канал за счет истончения мембран в пределах естественного диапазона. . «Мы поняли, что истончение мембраны не связано с открытием этих каналов», — говорит Уолц.

Эти специальные пластыри, называемые нанодисками, позволяют исследователям изучать белки в практически естественной мембранной среде и визуализировать их с помощью криоэлектронной микроскопии. Уолц и Чжан решили расширить границы технологии нанодисков, удалив мембранные липиды с помощью β-циклодекстрина, химического вещества, используемого для удаления холестерина из клеточных культур. Это вызвало напряжение в мембране, и Уолц и его команда могли наблюдать с помощью криоэлектронной микроскопии, как канал реагировал соответствующим образом — в конечном итоге щелкнув навсегда, явление, известное как десенсибилизация.

То, что они наблюдали, соответствовало компьютерному моделированию, и появилась новая функции MscS. Они обнаружили, что когда накапливается внутри клетки, липиды вызываются со всех сторон, чтобы помочь ослабить напряжение по всей мембране. Если ситуация становится ужасной, убегают даже липиды, связанные с каналами MscS. Без липидов, удерживающих их закрытыми, у каналов есть место для ног, чтобы открыться.

«Мы могли видеть, что когда вы подвергаете мембраны воздействию β-циклодекстрина, каналы открываются, а затем снова закрываются», — говорит Уолц.

Новый метод Уолца и Чжана по манипулированию нанодисками с? -Циклодекстрином позволит исследователям изучить десятки подобных механочувствительных белковых каналов, чтобы, наконец, проверить свои гипотезы в лаборатории. Многие такие белки играют ключевую роль в организме человека — от слуха и осязания до регуляции кровяного давления. Однако более непосредственный интерес представляет перспектива использования белковых каналов, на которые полагаются многие различные бактерии, чтобы выжить. Новые лекарственные мишени являются особой необходимостью, учитывая рост опасных устойчивых к антибиотикам бактерий, таких как MRSA.

0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments