A Walking Proteins Rock and Rollnak kell lennie, új kutatási eredmények

A Walking Proteins Rock and Rollnak kell lennie, új kutatási eredmények
A Walking Proteins Rock and Rollnak kell lennie, új kutatási eredmények
Anonim

Egy élő sejt belsejét egy csúcsidőben lévő vasútállomáshoz hasonlították, ahol az enzimek, kromoszómák és más belső komponensek folyamatosan szállítják az apró rostos pályákon, az úgynevezett mikrotubulusokon.

A zsúfolt városi ingázástól eltérően a cellás forgalom hatékony és erősen szabályozott – részben a motoros molekulákként ismert fehérjék csoportjának köszönhetően, amelyek mikrotubulusokat használnak a létfontosságú rakomány sejten keresztüli szállítására.

1985-ben a biológusok azonosítottak egy kinezin nevű molekuláris motort, amelyről kiderült, hogy felelős számos kritikus szállítási feladatért, például a kromoszómák szétválasztásáért a sejtosztódás során, és a neurotranszmitterek átviteléért az idegsejtekbe.

Tanulmányok kimutatták, hogy míg a kinezinmolekula egyik vége megragadja a rakományt, a másik vége egy figyelemre méltó kétfejű szerkezet segítségével megragadja a mikrotubulust, és előrehúzza a rakományt – ezt a folyamatot "kinezinjárásnak" nevezik (lásd internetes animációk a http://www.scripps.edu/milligan/projects és a http://mc11.mcri.ac.uk/wrongtrousers.html címen).

A kutatókat érdekli annak a rejtélynek a megfejtése, hogy a kinezinek hogyan járnak végig a mikrotubulusokon, és hogy a hibás járás hozzájárul-e számos emberi betegséghez – ideértve a spontán vetélést, a daganatnövekedést, a meddőséget és az olyan idegrendszeri betegségeket, mint az Alzheimer-kór és a retinitis pigmentosa.

A Nature Structural Biology folyóirat júniusi számának borítóján található tanulmány egy fontos elemet ad a rejtvényhez.

„Nagy az érdeklődés a kinezin iránt és annak motorként való működése iránt” – mondja W. E. Moerner, a Stanford kémia professzora, a júniusi tanulmány társszerzője."Méréseket végeztek azon erőkről, amelyeket a kinezin járás közben kelt, de szeretnénk tudni, hogyan orientálódik, amikor mozog."

FEJ FELÉ

A kinezin járást az ATP lebomlása szabályozza – egy molekula, amely energiát biztosít a test összes sejttevékenységéhez. A különböző bizonyítékok alapján a tudósok olyan modellt javasoltak, amelyben az ATP kémiai változásai hatására a kinezin felváltva köti a két fejét egy mikrotubulushoz. Ez a „fej feletti” ugráló akció a kinesint előre hajtja, ugyanúgy, ahogy a gyermek egy vízszintes kötél mentén mozog, felváltva egyik kezét a másik elé helyezve.

A játszótereken élő gyerekekkel ellentétben a kinezin aktivitást nanométerben mérik. Egy nanométer a méter egymilliárd része – vagyis körülbelül 50 000-szer kisebb, mint egy emberi hajszál szélessége.

A stanfordi biofizikus, Steven Block nemrég fedezte fel, hogy a kinezinfejek pontosan 8 nanométeres lépésekben járnak egymástól.A kinezin röntgenkristály-analízise azonban azt mutatja, hogy két fejét mindössze 5 nanométernyi tér választja el. Tehát honnan származik az a további 3 nanométer, amely egy 8 nanométeres lépés végrehajtásához szükséges?

A rejtvény megfejtésére Moerner és munkatársai egy újszerű technikát alkalmaztak, amely lehetővé tette számukra egyetlen kinezinmolekula mozgásának megfigyelését – egy mindössze tízmillió hüvelyk hosszúságú objektumot.

"Fluoreszkáló jelölőmolekulát - vagy fluorofort - használunk az orientáció mérésére" - mondja Moerner. "A fluorofor, amely két kémiai kötéssel kapcsolódik a kinezinfejhez, különleges mintázatban nyeli el és bocsát ki fényt, ahogy a fej elfordul."

A különböző fényerő- és sötétségszintek mérésével Moerner és munkatársai meg tudták határozni a fej mikrotubulushoz viszonyított tájolását az ATP különböző kémiai formáinak jelenlétében.

Az eredmények meglepőek voltak.

"Ha a fej mereven rögzítve lenne egy mikrotubulushoz, világos-sötét-világos-sötét fluoreszkáló mintát látnánk" - jegyzi meg Moerner. "De mi van akkor, ha a fej körbe-körbe ringatózik? Akkor az összes kép egyforma fényereje lenne. Ezt figyeltük meg: Az ATP egyik formájával a kinezin kőzik!"

ROGÁLÁS

Moerner és csapata egy lehetséges magyarázatot ad arra vonatkozóan, hogyan léphet fel egyetlen, 8 nanométeres kinezin lépés:

Először is, egy ATP-molekula kötődik az 1-es fejhez, aminek következtében a fej szilárdan a mikrotubulushoz kapcsolódik. A 2. fej ezután a megengedett legnagyobb, 5 nanométeres távolságot átugorja az 1. fej felett, de ahelyett, hogy mereven rögzítené, a 2. fej előre-hátra ringatózik a mikrotubulus felületén. Az ATP lebomlása ezután az 1-es fejet irányíthatatlanul billeg, így a 2-es fej éppen elég laza ahhoz, hogy további 3 nanométert előreguruljon. Ezen a ponton a 2. fej szilárdan kötődik a mikrotubulushoz, míg az 1. fej újabb lépést tesz előre.

Minden 8 nanométeres lépés csak körülbelül 10 milliszekundumot vesz igénybe, mondja Moerner, megjegyezve, hogy a két fej váltakozó merev és ingatag állapota lehetővé teszi a kinezin számára, hogy néhány másodperc alatt teljesítsen egy tipikus 1000 nanométeres sétát. mielőtt elválik a mikrotubulustól.

Megmutatja, hogy egyes kinezinek csapatban dolgoznak annak érdekében, hogy rakományukat nagyon nagy távolságokra szállítsák.

"Van néhány idegsejt, amely a gerinctől a lábfejig terjed" - jegyzi meg Moerner. "Egy vagy két napba telik, amíg a kinezinek az idegbe ágyazott mikrotubulusokon keresztül a végétől a végéig szállítják a neurotranszmitterekkel megtöltött hólyagtartályokat."

A mozgást egy váltóversenyhez hasonlítja, amelyben a kinezinmolekulák vezikulumokat adnak át egymásnak egészen az ideg axonján, így garantálva a neurotranszmitterek állandó ellátását a lábfejben található szinapszisban.

"Nem ismerjük a megállapításaink minden következményét" - mutat rá Moerner."Reméljük, hogy a jövőben megfigyelhetjük a kinezin orientációját, mivel az több lépésből áll. Ez az egymolekulás mérések egyik erénye: megtekintheti a biológiai rendszereket natív környezetben, és így mozgást láthat statikus struktúrák helyett."

Moerner mellett a June Nature Structural Biology tanulmány további társszerzői Hernando Sosa, az Albert Einstein Orvosi Főiskola munkatársa; Erwin J. G. Peterman, egykori kémia posztdoktori ösztöndíjas a Stanfordon, jelenleg a hollandiai Szabadegyetemen; és Lawrence S. B. Goldstein, a University of California-San Diego és a Howard Hughes Medical Institute munkatársa.

Releváns webes URL-ek:

www.stanford.edu/group/moerner

www.blocks.fhcrc.org/~kinesin/

mc11.mcri.ac.uk/wrongtrousers.html

www.scripps.edu/milligan/projects

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Rólunk
Olvass tovább

Rólunk

A fishcustomaquariums.com webhelyről

Kapcsolatok
Olvass tovább

Kapcsolatok

A fishcustomaquariums.com oldal elérhetőségei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei
Olvass tovább

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei