2023 Szerző: Sophia Otis | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-05-21 01:49
A tudósok nehezen tudják elképzelni azokat az apró nyílásokat, amelyek lehetővé teszik a tápanyagok bejutását a sejtjeinkbe, de a Purdue Egyetem biológusainak egy csoportja talán megtalálta a következő legjobb dolgot: egy bepillantást a megnyíló "motor" működésébe. és bezárja őket.
Egy Jue Chen vezette kutatócsoport tisztázta az összefüggést ezek az apró kapuk – amelyeket membrántranszport fehérjéknek neveznek – és azok a lépések között, amelyek során a sejt energiáját használják fel, hogy engedélyezzék vagy megtagadják az anyagok bejutását a sejt belsejébe. a külvilágból.
A csapat által háromlépéses folyamatnak tekintve a sejtek kémiai energiát táplálnak be egy apró, ABC fehérjének nevezett gépbe, amely a membránfehérje azon része, amely összeköti azt a sejt belsejével. Ezek az ABC-fehérjék az energiát arra használják, hogy a membránfehérjét nyitott és zárt helyzetbe hajlítsák, lehetővé téve a sejt számára, hogy tápanyagokat vigyen be és kiürítse a hulladékot.
"Úgy gondoljuk, hogy jobban tudjuk kezelni azt a folyamatot, amely alapvető a lények életében a baktériumoktól az emberekig" - mondta Chen, a Purdue's College of Science biológia adjunktusa. "Ez az első alkalom, hogy a teljes ciklust vizualizálták, és ez javíthatja az anyagcsere folyamatának megértését."
A csapat tanulmánya a Proceedings of the National Academy of Sciences e heti számában jelenik meg. Chen csoportjába tartoznak purdue-i kollégái, Gang Lu és James M. Westbrooks, valamint Amy L. Davidson is, aki nemrég költözött Purdue-ba a Baylor College of Medicine-ről. A csapat röntgenkrisztallográfiát és más fejlett képalkotó technikákat használt, hogy tiszta képet kapjon az ABC fehérjéről, ez a módszer csak korlátozott sikerrel járt a membránfehérjék titkainak feltárásában.
A sejtekben lévő membránfehérjéket az űrhajók légzsilipjeihez hasonlították, amelyek biztosítják, hogy csak az űrhajósok juthassanak be, és ne vesszen el levegő. Ahol az űrhajók fémfalakkal rendelkeznek, a sejteknek membránjaik veszik körül belső protoplazmájukat, légzsilipfehérjéik pedig rendkívül összetett egyedi molekulák, amelyek lehetővé teszik a tápanyagok bejutását a sejtekbe és a salakanyagok távozását.
A létező több ezer membránfehérje közül a tudósok csak néhány tucat szerkezetét ismerik. Nagy érdeklődésre tartanak számot a biológusok számára, mert a sejtközi kereskedelem szabályozóiként lényegében lehetővé teszik az anyagcsere – és így maga az élet – folytatását. Míg azonban a legtöbb fehérje vízben oldódik, és könnyen kristályosítható és vizsgálható, addig a membránfehérjék csak zsíros anyagokban oldódnak fel, ami megnehezíti a vizsgálat céljából történő izolálásukat.
"Ha jobban megértenénk ezt a fehérjeosztályt, többet tudnánk arról, hogy testünk hogyan használja fel és továbbítja az energiát" - mondta Chen. "Sajnos hiányosság az élőlények működésével kapcsolatos tudásunkban. Ebben a tanulmányban azonban egy kicsit hibrid fehérjét vizsgáltunk: egyik része zsírban, a másik vízben oldódik."
Mivel a teljes membránfehérje nem vetődik alá a kristályosodásnak, Chen csapata erőfeszítéseit az ATP-kötő kazettás fehérjékre, vagy röviden ABC fehérjékre összpontosította, amelyek összekötik a membránfehérjéket a sejt belsejével. A fehérjének ez a része a tanulmányozásbarátabb, vízben oldódó fajtájú, és a sejtkereskedelemben is kritikus szerepet játszik: ez a motor, amely a membránfehérje mozgását hajtja.
"Egy E. coli baktériumból izoláltuk az ABC fehérjéket, ami nagyon gyakori kutatási alany" - mondta Chen. „Bármilyen eltérőek is ezek az egysejtűek, az ABC-fehérjék szerkezetileg nagyon hasonlóak az emberi sejtekben találhatóakéhoz, így tanulmányozásuk segítheti a saját anyagcserénkkel kapcsolatos ismereteinket."
Az ABC fehérjék apró csipeszekként működnek, és az ATP-ből, egy olyan vegyi anyagból táplálkoznak, amelyet az állati sejtek energiaként használnak fel. Amikor az ATP hatására a csipesz összeszorul, a membránfehérjék kinyílnak, és felfednek egy kis üreget, amely képes megtartani a sejtnek kívülről szükséges tápanyagot vagy más anyagot. Miután a tápanyag a helyén van, a sejt víz segítségével lebontja az ATP-t, jelezve a "csipesznek", hogy lazítson, bezárja a membrán fehérjekapuját és felfogja a tápanyagot. Végül a membránfehérje a tápanyagot a sejt belsejébe bocsátja.
"Az ABC fehérje olyan, mint a légzsilip belső ajtaja; ezt láttuk működés közben ebben a tanulmányban" - mondta Chen. "Ha egyszerre nyitnád ki azt és a membránfehérjét, semmi sem akadályozná meg a sejt belsejének kiszívását."
Chen elismeri, hogy a csapat még nem biztos abban, hogy a folyamat leírása befejeződött, bár meggyőzőnek tűnik annak alapján, amit a tudomány már tud a membránfehérjék működéséről.
"Meg kell alaposabban megvizsgálnunk az információinkat, és meg kell próbálnunk többet megtudni" - mondta Davidson. "A közeljövőben számos tesztet fogunk alkalmazni adatainkra annak megállapítására, hogy ezekről a fehérjékről alkotott képünk pontosan leírja-e a viselkedésüket."
Chen azt mondta, hogy a munkának hosszú távon megtérülhet a rák elleni küzdelemben, bár túl korai lenne általánosságnál általánosabb kijelentéseket tenni arról, hogyan.
"Sok rákos sejt ellenáll a rákellenes gyógyszerekkel szemben, mivel az ABC fehérjék túlságosan bőségesek, és túlságosan jól kipumpálják a gyógyszereket, mielőtt hatást gyakorolnának" - mondta. "A jövőbeli terápiák kihasználhatják azt, amit ezeknek a fehérjéknek a működéséről megtudtunk. Túl korai lenne konkrét terápiákról beszélni, de mivel nagyon sokféle rák létezik, minden tudás segít."
Chen kutatócsoportjának tagjai a Purdue Cancer Centerrel állnak kapcsolatban. Az Egyesült Államokban található, a National Cancer Institute által kijelölt hét alapkutatási intézmény egyike, a központ új molekuláris célpontok azonosításával, valamint a rák hatékony kimutatására és kezelésére alkalmas jövőbeli szerek és gyógyszerek tervezésével próbál segíteni a rákos betegeken. A Cancer Center a Purdue's Discovery Parkban található Onkológiai Tudományos Központ része.
