Моделирование показывает, что белок «динамин» сужает клеточные мембраны, ослабляя свою хватку

от

Динамин — это белок, который играет центральную роль в эндоцитозе — процессе, при котором клетки поглощают вещества, обволакивая их везикулами из клеточной мембраны. Чтобы везикула отделилась, шейка мембраны должна быть сужена и разрезана. Динамин собирается в форме кольца вокруг этой шейки и использует энергию, выделяющуюся при гидролизе ГТФ, чтобы изменить свою форму и разорвать мембрану.

Однако точно наблюдать, как это структурное изменение — переход от состояния, связанного с ГТФ, к состоянию, связанному с ГДФ, — механически приводит к сужению мембраны, экспериментально было сложно из-за большой и сложной структуры белка.

Чтобы исследовать этот молекулярный механизм, исследовательская группа использовала моделирование методом крупнозернистой молекулярной динамики (CG-MD). Этот вычислительный подход позволил им создать реалистичную систему, содержащую как крупное собрание динамина, так и трубку из липидной мембраны.

Моделируя переход от состояния ГТФ к состоянию ГДФ, они успешно воспроизвели детальные движения динамина и мембраны.

Хотя динамин использует энергию гидролиза ГТФ для изменения формы, было неясно, как это приводит к сужению мембраны. Моделирование показало, что вместо простого сжатия динамин «ослабляет» (расширяется) на определённом этапе, чтобы создать силу, необходимую для сужения окружающей мембраны.

Исследование, опубликованное в журнале «The Journal of Physical Chemistry Letters», даёт более чёткое объяснение процессов деформации мембраны и формирования везикул в клетках, предлагая идеи для проектирования искусственных наноустройств.

Исследователи использовали сложное моделирование методом крупнозернистой молекулярной динамики (CG-MD), чтобы раскрыть фундаментальный механизм сужения клеточных мембран белком динамином во время эндоцитоза.

Вопреки общепринятому мнению, что динамин напрямую сжимает мембрану, как пояс, моделирование показало, что гидролиз гуанозинтрифосфата (ГТФ) заставляет кольцо динамина «ослаблять» и расширяться. Это расширение приводит к неожиданному и важному косвенному сужению соседней области мембраны.

Результаты моделирования дают новую перспективу: динамин не просто «сжимает» мембрану. Вместо этого при гидролизе ГТФ структура кольцевого динамина «ослабляется» или расширяется. Это расширение воздействует на мембрану в покрытой области, что механически вызывает значительное косвенное сужение соседней, не покрытой белком области мембраны. Эта сила сужает трубку мембраны достаточно, чтобы облегчить деление.

Успешно воспроизведя сложное взаимодействие между структурными изменениями белка и деформацией мембраны на компьютере, это исследование значительно продвинуло понимание различных биологических явлений, включая внутриклеточный транспорт и проникновение вирусов.

Кроме того, эти результаты, касающиеся механики деформации мембраны, открывают путь для инженерных приложений, таких как проектирование искусственных наноустройств, и могут внести вклад в медицинские исследования заболеваний, вызванных нарушениями динамики мембран.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте