Рухові білки, звані дінеїни, керують доставкою молекул у нашому організмі. Дінеїни «подорожують» структурами, званими мікротрубочками, для доставки мікро-вантажів, таких як сигнальні молекули та органели *, в різні частини клітин. Без роботи дінеїна клітини не можуть правильно ділитися, і у людей можуть розвиватися неврологічні захворювання.
Нове дослідження, що з'явилося в журналі Nature Structural & Molecular Biology, являє собою першу тривимірну (3D) візуалізацію комплексу Dynein-Dynactin, пов'язаного з мікротрубочками. Вчені з Науково-дослідного інституту Scripps (TSRI) повідомляють, що білок під назвою Дінактін об'єднує два динеїни разом, як ярмо, що фіксує пару коней.
«Якщо ви хочете, щоб група коней рухалася в одному напрямку, вам потрібно вирівняти їх», - говорить Габріель К. Ландер, доктор філософії, професор TSRI і старший автор дослідження. «Це те, що динактин робить для молекул дінеїну».
Розуміння того, як комплекс Dynein-Dynactin збирається і організовується, є важливою основою для пояснення основних причин деяких пов'язаних з дінеїном нейродегенеративних захворювань, таких як атрофія спинного мозку (SMA) і хвороба Шарко-Марі-Зуба (CMT).
Дослідники знали, що динактину потрібно, щоб дінеїн переміщував вантаж, і вони щосили намагалися отримати повну картину того, як різні частини комплексу працювали разом.
"Ми знали, що дінеїн стає активним тільки тоді, коли він зв'язується з партнером під назвою динактин. Проблема полягала в тому, що історично важко було побачити цю структуру, тому що вона дуже гнучка і динамічна ", - пояснює Даніель Гротьян, аспірантка TSRI і автор дослідження. «Нам потрібно було візуалізувати ці комплекси, щоб ґрунтовно зрозуміти, як все це працює для транспортування молекул».
Для нового дослідження вчені використовували метод візуалізації, званий кріоелектронною томографією, який аналогічний комп'ютерній томографії білка, для створення 3D-реконструкції або томограми. Щоб збільшити дозвіл і ясність цих томограм, дослідники використовували передові обчислювальні алгоритми для усереднення багатьох окремих білкових комплексів.
Однак у цьому випадку сучасні методи обробки не змогли створити чітку, інтерпретовану тривимірну структуру надзвичайно гнучкого комплексу Dynein-Dynactin.
Даніель Гротьян знала, що необхідна інформація прихована в томограмах, тому вона розробила нову стратегію для ідентифікації конкретних компонентів комплексу dynein-dynactin. Цей підхід допоміг розробити програмне забезпечення для обробки зображень для реконструкції всього комплексу, пов'язаного з мікротрубочками.
"Даніель зробила перший великий крок для обчислювальних алгоритмів, - говорить Ландер.
З їх новою, детальною структурою дослідники помітили дивовижну особливість: в комплексі є дві молекули дінеїну, коли вони очікували побачити тільки одну. Це означає, що кожен дінеїн має два моторні домени, комплекс Dynein-Dynactin має чотири спільні «двигуни».
«Це відкриття було абсолютно несподіваним і змінить те, як цей комплекс представлений в підручниках з клітинної біології та біохімії», - говорить Сайкат Чоудхурі, науковий співробітник TSRI і один з авторів дослідження.
«Минали роки біофізичних і біохімічних експериментів, і завжди вважалося, що існує тільки одна молекула дінеїну», - додає Ландер.
Дослідники також могли бачити, де знаходиться динактин. Вони виявили, що молекула об'єднує команду моторних доменів і активує їх здатність рухатися по мікротрубочках. Це відкриття допомагає пояснити, як дінеїн може тягнути великі навантаження, такі як органели, які набагато більше, ніж вони самі, на великі відстані.
Підхід до обробки зображень, використовуваний в цьому дослідженні, може бути надзвичайно корисний для вирішення структур інших великих гнучких білків.
«У міру того, як ми дізнаємося більше про тривимірну організацію та архітектуру цих молекулярних машин, ми будемо краще підготовлені, щоб зрозуміти, як збій в їх роботі може позначатися на хворобах».