Οι μηχανικοί MIT δείχνουν πως οι μικροσκοπικές κυτταρικές πρωτεΐνες παράγουν δύναμη σε «περπάτημα»
Μια νέα μελέτη από τους μηχανικούς του MIT αποκαλύπτει πώς ένας μικροσκοπικός κινητήρας πρωτεΐνης περπατάει κατά μήκος μιας κυτταρικής εθνικής οδού, μεταφέροντας φορτίο και δημιουργία δύναμης. Η μελέτη, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications, θα μπορούσε να οδηγήσει σε νέους τρόπους αντιμετώπισης των ασθενειών που περιλαμβάνουν δυσλειτουργία της κινητικής πρωτεΐνης.
Η πρωτεΐνη κινητήρα, που ονομάζεται kinesin-1, είναι υπεύθυνη για τη μεταφορά σημαντικών φορτίων σε όλο το κύτταρο. Μετακινείται κατά μήκος των μικροσωληνίσκων, οι οποίες είναι μακρά, λεπτά νημάτια που σχηματίζουν τον κυτταροσκελετό του κυττάρου. Η Kinesin-1 χρησιμοποιεί ενέργεια από το ATP, το ενεργειακό νόμισμα του κυττάρου, για να λάβει βήματα κατά μήκος του μικροσωληνίσου, μεταφέροντας το φορτίο του μαζί του.
Η ομάδα MIT χρησιμοποίησε ένα συνδυασμό οπτικών τσιμπιδάκων και απεικόνισης ενός μορίου για να μελετήσει τον τρόπο με τον οποίο κινείται η κινεσίνη-1. Διαπίστωσαν ότι η πρωτεΐνη παίρνει μια κίνηση "χειρόγραφου-χέρι", χρησιμοποιώντας ένα κεφάλι για να δεσμεύσει το μικροσωληνίσκο, ενώ το άλλο κεφάλι ταλαντεύεται προς τα εμπρός για να κάνει το επόμενο βήμα.
"Ήμασταν σε θέση να δούμε την πρωτεΐνη κινητήρα να κάνει μεμονωμένα βήματα, κάτι που δεν έχει δει ποτέ πριν", λέει ο μελέτης ο επικεφαλής συγγραφέας James Lockhart, ένα postdoc στο Τμήμα Βιολογικής Μηχανικής. "Αυτό μας επέτρεψε να έχουμε μια λεπτομερή κατανόηση του τρόπου με τον οποίο η Kinesin-1 παράγει δύναμη."
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η κινεσίνη-1 παράγει δύναμη κάμνοντας το λαιμό του. Όταν ο λαιμός είναι λυγισμένος, τραβά το φορτίο προς τα εμπρός. Η ομάδα αναγνώρισε επίσης ένα συγκεκριμένο υπόλειμμα στο λαιμό της κινεσίνης-1 που είναι απαραίτητο για την παραγωγή δύναμης.
"Αυτό το υπόλειμμα είναι σαν ένα καστάνιου", λέει ο ανώτερος συγγραφέας της μελέτης Catherine D. Fuh, αναπληρωτής καθηγητής βιολογικής μηχανικής. "Επιτρέπει στην κινεσίνη-1 να προχωρήσει κατά μήκος του μικροσωληνίσου, αλλά την εμποδίζει να κινείται προς τα πίσω. Αυτό είναι σημαντικό επειδή εξασφαλίζει ότι το φορτίο μεταφέρεται προς τη σωστή κατεύθυνση".
Τα ευρήματα της μελέτης θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέους τρόπους αντιμετώπισης των ασθενειών που περιλαμβάνουν δυσλειτουργία της κινητικής πρωτεΐνης. Για παράδειγμα, τα ελαττώματα στην κινεσίνη-1 έχουν συνδεθεί με νευροεκφυλιστικές ασθένειες όπως το Alzheimer και το Parkinson's. Με την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο λειτουργεί η kinesin-1, οι ερευνητές μπορεί να είναι σε θέση να αναπτύξουν φάρμακα που μπορούν να διορθώσουν αυτά τα ελαττώματα και να βελτιώσουν τα αποτελέσματα των ασθενών.
"Η μελέτη μας παρέχει μια νέα κατανόηση του τρόπου με τον οποίο οι κινητικές πρωτεΐνες παράγουν δύναμη", λέει ο Fuh. "Αυτή η γνώση θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την ανάπτυξη νέων θεραπειών για μια ποικιλία ασθενειών".
Πρόσθετες πληροφορίες
Το έγγραφο, "απεικόνιση ενός μορίου της Kinesin-1 Steppping on Microtable", δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Communications στις 11 Ιουλίου 2019. και John M. Scholey του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνια, Davis.
Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας και την Ένωση Μυϊκής Δυστροφίας.
