Изучение взаимосвязи между сворачиванием белка и транспортом может дать хорошее представление о заболеваниях, связанных с неправильным сворачиванием белков, таких как болезни Альцгеймера и Хантингтона. Профессор химии Мартин Грюбеле и аспиранты Минхао Го и Ханна Гельман опубликовали свои выводы в журнале PLOS ONE.
«Мы смотрим на самые ранние стадии болезни, начальные фазы транспортировки плохих белков», — сказал Грюбеле. По его словам, в прошлом многие исследования болезни Альцгеймера и аналогичных заболеваний были сосредоточены на фибриллах, больших пучках неправильно свернутых белков, которые образуются в головном мозге.
«Но теперь мы думаем, что фибриллы — это просто конечный продукт, который остается после смерти клетки, а фактический механизм уничтожения связан с миграцией белка в определенные места в клетке, такие как внешняя мембрана», — сказал он. "Понимание того, как эти механизмы работают на фундаментальном уровне, даст людям больше информации о том, где искать, чтобы вылечить проблемы."
Исследователи предположили, что развернутый белок движется по клетке медленнее, потому что это будет большой волокнистый беспорядок, а не плотно завернутый пакет. Команда из Иллинойса разработала способ измерения замедления диффузии при разворачивании белка с помощью флуоресцентного микроскопа, а затем использовала трехмерные модели диффузии, чтобы связать развертывание белка с его движением.
Исследователи обнаружили, что развернутый белок действительно замедлялся, хотя его скорость не была постоянной.
Иногда он быстро перемещался в новое место, а иногда просто сидел на холостом ходу в одном месте, как автомобиль в пробке в час пик. Они смогли нанести на карту области ячейки с разной скоростью распространения, что является клеточной версией ограничения скорости.
Однако замедление развернутого белка не только из-за его размера. Исследователи провели дополнительные эксперименты, чтобы доказать, что развернутый белок прилипает к другим молекулам в клетке.
Класс молекул в клетке, называемых шаперонами, выполняет функцию связывания с частями белков, которые приходят в развернутом виде, и исследователи обнаружили, что развернутый белок больше взаимодействует с шаперонами, чем правильно свернутый белок. Однако, когда разворачивается большое количество белков, системы клетки могут быть перегружены, и шапероны не могут справиться со всеми ними.
«Глядя на что-то подобное, можно понять, почему то, что кажется относительно безвредным in vitro, иногда может иметь такой большой эффект в клетке», — сказал Гельман. "Изменение, которое делает белок в пробирке чуть менее эффективным, может обернуться полностью фатальной мутацией в клетке. Во-первых, роль белка в клетке больше не может выполняться. Во-вторых, по мере того, как они все больше и больше разворачиваются, они могут нарушать функцию всей клетки."
Исследователи полагают, что развернутый белок, вероятно, также будет прилипать к молекулам, не относящимся к шаперонам, вызывая другие проблемы в клетке и нарушая поток внутри клетки.
Они планируют использовать специализированный микроскоп для изучения других белков и того, как разворачивание влияет на их диффузию, чтобы увидеть, являются ли наблюдаемые ими свойства универсальными или каждый белок имеет свой собственный ответ.
Они также надеются использовать свой метод, чтобы наблюдать, как развернутые или неправильно свернутые белки перемещаются к клеточной мембране, где они агрегируются и создают проблемы, наблюдаемые при болезни Альцгеймера и других заболеваниях.
"Есть целый каскад вещей", — сказал Грюбеле. "Если вы попали в аварию посреди нигде, это действительно проблема только для владельца. Но если у вас есть одна машина, которая останавливается посреди дороги на автостраде в Лос-Анджелесе, очень скоро вся автострада будет зарезервирована.
То, что мы смотрим, похоже на то, что машина останавливается на автостраде. Нас пока не беспокоит, что будет с очередью машин через час — это фибрилла."