Как клетки перестраивают свои мембраны без затрат энергии

от

Для поддержания жизнедеятельности клеточные мембраны должны оставаться неповреждёнными. Когда эти хрупкие барьеры повреждаются — например, из-за жары или вирусной атаки — на помощь приходят специальные белки.

Исследователи из Forschungszentrum Jülich, Университета Генриха Гейне в Дюссельдорфе и Университета Майнца впервые раскрыли механизм действия одного из таких защитных белков — PspA, который принадлежит к суперсемейству ESCRT-III.

Их исследование, [опубликованное](https://pnas.org/doi/10.1073/pnas.2506286122) в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, как белок активно изменяет форму клеточных мембран без использования внешней энергии. Результаты проливают свет на фундаментальный биологический процесс восстановления.

PspA является частью древнего семейства белков — суперсемейства ESCRT-III, — которое формирует мембраны во всех доменах жизни. У бактерий PspA помогает защитить [внутреннюю мембрану](https://phys.org/tags/inner+membrane/) в условиях стресса.

Ранее команда уже показала структурное родство PspA с его эукариотическими аналогами, включая человеческие, и описала его роль в восстановлении мембран. Новое исследование добавляет недостающий фрагмент.

Сочетая [криоэлектронную микроскопию](https://phys.org/tags/cryo-electron+microscopy/) с [моделированием молекулярной динамики](https://phys.org/tags/molecular+dynamics+simulations/), учёные смогли показать, как PspA собирается в трубчатые белковые комплексы, которые изгибают, сужают и в конечном итоге преобразуют части мембраны в небольшие везикулы.

«В основе процесса лежит крошечная спиральная структура, которая встраивается в поверхность мембраны и деформирует её», — объясняет Эстер Худина из Центра Эрнста Руски по микроскопии и спектроскопии с помощью электронов (ER-C-3) в Forschungszentrum Jülich, один из первых авторов исследования. Криоэлектронная микроскопия в Центре Эрнста Руски предоставила статические снимки молекул в растворе.

«Таким образом, PspA может заключать в оболочку, изменять форму и отделять повреждённые участки мембраны — скорее всего, в рамках процесса восстановления», — добавляет биоинформатик доктор Штефан Шотт-Вердуго из Института биологических и геонаук (IBG-4).

Моделирование молекулярной динамики на суперкомпьютере JUWELS в Юлихе, проведённое в IBG-4 под руководством профессора Хольгера Гольке, который также является профессором в Университете Генриха Гейне в Дюссельдорфе, сделало видимыми движения молекул на компьютере. Они также предоставили модель того, как энергия, необходимая для искривления мембраны, может генерироваться за счёт постепенного взаимодействия спирали и мембраны.

«Мы были поражены тем, что весь этот механизм работает без каких-либо затрат внешней энергии», — говорит профессор Карстен Захсе, старший автор и руководитель Центра Эрнста Руски по микроскопии и спектроскопии с помощью электронов в структурной биологии (ER-C-3). «Движущая сила исходит исключительно от связывания белка с мембраной — замечательный биологический трюк».

Помимо продвижения нашего базового понимания клеточной биологии, исследование также указывает на потенциальные биотехнологические применения — например, в адресной доставке терапевтических средств с использованием искусственных везикул.

Предоставлено [Центром исследований в Юлихе](https://phys.org/partners/j–lich-research-centre/).

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте