Исследование проливает свет на функции ресничек в клетках и их роль в заболеваниях

от

Группа учёных под руководством исследователей из Южно-Техасского медицинского центра выявила атомную структуру белкового комплекса, который играет ключевую роль в работе подвижных ресничек. Реснички — это волосковидные структуры, выступающие из поверхности многих типов клеток и обеспечивающие их движение.

Результаты исследования

Результаты, опубликованные в журнале Nature Structural & Molecular Biology, касаются радиальной спицы 3 (RS3). Они помогают ответить на фундаментальные вопросы о том, как работают подвижные реснички, и могут привести к разработке новых методов лечения цилиопатий — заболеваний, при которых нарушена структура или функция ресничек. К таким заболеваниям относится первичная цилиарная дискинезия — генетическое заболевание, которое сокращает продолжительность жизни, вызывает бесплодие, хронические респираторные проблемы, неправильное расположение органов и избыток жидкости в мозге.

«Наши результаты показывают, что RS3 является уникальным центром, соединяющим механическую поддержку с производством энергии и рециркуляцией в этих высококонсервативных органеллах, генерирующих движение», — сказала Даниэла Никастро, доктор философии, профессор клеточной биологии в Южно-Техасском медицинском центре. Доктор Никастро совместно возглавляла исследование с Сюэу В. Чжаном, доктором философии, профессором фармакологии и биофизики, и первым автором Яньхэ Чжао, доктором философии, научным сотрудником в лаборатории Никастро.

Роль ресничек в клетках

Реснички широко распространены на клетках и выполняют различные функции. Неподвижные реснички служат датчиками химических и механических сигналов, в то время как подвижные реснички ритмично бьются, продвигая некоторые типы клеток через жидкость или перемещая мелкие объекты и жидкость в окружающей среде и тканях.

Учёные давно знали, что колебательное биение подвижного ресничка генерируется тысячами молекулярных моторных белков, называемых динеинами. Однако оставалось неясным, как клетки координируют свои действия, чтобы взмахивать ресничками вперёд и назад, и откуда берётся энергия, приводящая в движение это колебание.

Структура RS3

Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи из Южно-Техасского медицинского центра и других учреждений изучили структуры различных белковых комплексов, составляющих внутреннюю работу подвижных ресничек. Большинство из этих исследований проводилось на модельных организмах, таких как одноклеточные зелёные водоросли Chlamydomonas, которые перемещаются по своей водной среде с помощью двух подвижных ресничек.

Три из этих ресничных комплексов образуют структуры, называемые радиальными спицами, которые многократно повторяются по длине ресничек и соединяют периферический микротрубочковый цилиндр, удерживающий динеиновые моторы, с центральной осью. В поперечном сечении радиальные спицы выглядят как спицы колеса. Хотя структуры радиальных комплексов спиц 1 и 2 (RS1 и RS2) у Chlamydomonas соответствуют тем, что обнаружены у млекопитающих, включая человека, комплекс RS3 у водорослей намного короче, чем у млекопитающих.

Исследования лаборатории Никастро показали, что пациенты, несущие мутации, которые влияют на RS1 и RS2, но оставляют RS3 неповреждённым, имеют менее тяжёлые цилиопатии, чем те, у которых поражён и RS3. Это говорит о том, что RS3 уникально важен для функции ресничек. Однако молекулярная структура RS3 была неизвестна.

Для определения структуры RS3 у млекопитающих доктора Никастро, Чжан и Чжао и их коллеги использовали различные подходы для изучения мышиного RS3, включая высокотехнологичную визуализацию с помощью криоэлектронной микроскопии (cryo-EM) и криоэлектронной томографии, а также протеомику и вычислительную биологию. Их исследование показало, что RS3 у млекопитающих состоит из 14 белков, 10 из которых ранее не были известны как часть этого комплекса.

Доктор Чжао сказал, что несколько белков RS3 участвуют в размещении или удалении фосфатных групп из других белков — регуляторная функция, которая, как подозревают он и его коллеги, играет роль в координации активности динеиновых моторов. Несколько других белков в этом комплексе участвуют в выработке АТФ — топлива, которое клетки используют для получения энергии и которое приводит в движение динеины. Вместе эти данные свидетельствуют о том, что компоненты RS3 имеют решающее значение как для синхронизации активности динеинов, так и для приведения в движение моторов ресничек.

Структура RS3 может служить основой для разработки лекарств, модифицирующих его активность, сказал доктор Чжан. Такие методы лечения могут быть использованы для лечения цилиопатий, таких как поликистоз почек и первичная цилиарная дискинезия. Исследователи планируют продолжить изучение отдельных ролей и взаимодействий белков, составляющих RS3, и того, как эта структура может различаться у разных видов.

Предоставлено Южно-Техасским медицинским центром.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте

Оставьте комментарий