Результаты этого исследования были опубликованы в Интернете 22 июня журналом Nature и будут опубликованы в печатном издании позднее.
«CDF — это основной тип семейства белков, встречающийся во всех формах жизни», — сказал старший автор Марк Р. Ченс, доктор философии, Чарльз В. и Иона А. Матиас Профессор онкологических исследований, Медицинский факультет Университета Кейс Вестерн Резерв. «Мутации или измененная регуляция CDF человека изменяют концентрации ионов металлов, критических для функции клеток, и связаны с ключевыми заболеваниями человека, включая те, которые влияют на эндокринную, неврологическую, печеночную и сердечно-сосудистую системы."
Чтобы понять, как работает клеточный цикл, представьте себе ворота в клетки человека, которые контролируют поток веществ, необходимых для поддержания выживания клеток. Когда и как эти ворота открываются и закрываются, имеет решающее значение для фундаментальных клеточных функций и, в свою очередь, для здоровья человека.
CDF обеспечивают бесперебойную работу затвора, контролируя поток ионов металлов при циклическом изменении энергии. В этом исследовании ученые Case Western Reserve стремились понять сложные детали молекулярной функции CDF и механизмов транспорта.
Ченс и его коллеги изучили форму CDF, обнаруженную у бактерий, где белок YiiP функционирует как мотор, используя энергию в виде градиента протонов (атомов водорода) для выкачивания ионов цинка из клеток.
В то время как цинк успешно выталкивается из клетки, в нее втягивается поток протонов. Таким образом, идеально функционирующий цикл протока цинка приносит протоны, которые белок YiiP преобразует в конформационные изменения в структуре белка.
Эти изменения, в свою очередь, выбрасывают цинк из клетки. Если управляемый CDF вентиль, контролирующий сбои в цикле цинк-протон, может привести к целому ряду заболеваний.
Чтобы визуализировать цикл цинк-протон, ученые Case Western Reserve использовали сложную технологию динамической визуализации — клеточный цикл работает во временных масштабах, сравнимых с мгновением ока.
Динамическая визуализация включала систему мечения — опосредованный рентгеновским излучением отпечаток гидроксильных радикалов, который распознает молекулы воды в трансмембранных белках. Ученые также использовали масс-спектрометрию, мощную технологию распознавания атомов и молекул, чтобы изучить меченые белки. Эти технологии позволили исследователям наблюдать за белком YiiP в режиме реального времени, поскольку он захватывает атомы цинка и изменяет свой структурный цикл с помощью последовательности перекачки.
«Мембранные белки (включая CDF) являются одними из наиболее важных клеточных мишеней для лекарств, включая рецепторы, сопряженные с G-белком (GPCR), которые составляют 50 процентов рынка неантибиотических лекарств."Шанс сказал.
GPCR — это белковые молекулы, которые воспринимают химические сигналы вне клетки и затем активируют клеточные ответы на эти сигналы. Ченс и его коллеги изучали структуру и динамику GPCR, используя инновационную технологию на основе масс-спектрометрии.
В этой более поздней работе по CDFs появилась динамическая картина мембранного белка. Это сложная, но объяснимая машина, которая использует широко доступную форму энергии, протонный градиент, для выполнения клеточных функций.
«В настоящее время мы создали изображения с высоким разрешением механизмов передачи сигнала и ионного транспорта для ряда ионных каналов и GPCR», — сказал Ченс. "Наша работа с CDF является наглядным примером силы этих новых технологий для решения важных проблем в области мембранных белков. Мы должны продолжить изучение CDF, чтобы понять механизмы их действия, особенно в контексте воздействия лекарств на биохимические механизмы действия."
