Visione di come le proteine molecolari del motore risparmiano l'energia

Le celle viventi dell'interno del sistema di trasporto è un commputer ben oliato con i motori minuscoli della proteina che trasportano i cromosomi, i neurotrasmettitori e l'altro carico vitale intorno alla cella. Questi motori molecolari sono responsabili di vari processi critici del trasporto, ma non sono sempre in movimento. Possono mettersi “nel modo di risparmi di energia„ per conservare il combustibile cellulare e, di conseguenza, per gestire che cosa ottiene mosso intorno alla cella e quando.

Un nuovo studio dalla Carnegie Mellon University e dall'istituto di Beatson per ricerca sul cancro pubblicata nell'emissione del 12 agosto di scienza descrive come i motori profilatura dentro su se stessi, o risparmia l'energia, quando i loro servizi di trasporto non sono richiesti. Secondo i ricercatori, la soluzione a questo puzzle molecolare fornisce la nuova comprensione in come le proteine molecolari del motore sono regolamentate e può aprire i nuovi viali per il trattamento di varie malattie neurodegenerative, quali Alzheimer e Huntington.

“Le proteine molecolari del motore svolgono un ruolo principale in tutte le celle eucariotiche, ma sono particolarmente critiche alle cellule nervose,„ ha detto David Hackney, professore delle scienze biologiche nell'istituto universitario di Mellon di scienza ed uno degli autori del documento. “Le cellule nervose hanno questo problema speciale dove le proteine, quali i ricevitori per i neurotrasmettitori, ottengono sintetizzate nel corpo cellulare e devono essere spedite tutto il modo giù l'assone. I problemi in questo sistema di trasporto possono svolgere un ruolo in una serie di circostanze neurologiche.„

Hackney mette a fuoco la sua ricerca su kinesin-1, la proteina del motore di principio che muove il carico dall'organismo di cellule nervose giù l'assone. Una molecola tipica di kinesin ha due code su un'estremità che fissano al carico e su due teste globulari sull'altra estremità che a gomito lungo le fibre dentro la cella chiamata microtubuli, tirante il carico in avanti. Il movimento delle teste, o dei domini del motore, è rifornito dal guasto al trifosfato di adenosina, una molecola che memorizza l'energia quella determina il lavoro cellulare. Quando il carico non è fissato, il kinesin profilatura dentro sopra se stesso per impedire il trifosfato di adenosina essere sperperato. Sebbene gli scienziati sappiano che le legature di una coda alle due teste per tenerla in profilatura “autoinhibited„ lo stato, il meccanismo molecolare rimane poco chiaro. Parecchie possibilità sono state proposte, ma questi ultimi risultati suggeriscono soltanto una soluzione.

Hackney ha funzionato con Yi appesa Kristal Kaan e Frank Kozielski all'istituto di Beatson per ricerca sul cancro a Glasgow, Scozia, che ha cristallizzato una parte chiave della molecola di kinesin - una coda che è stata limitata alle teste. Il sistema cristallino ha confermato che il complesso contenuto due domini capi e soltanto un dominio della coda. Hackney poi ha effettuato le manipolazioni biochimiche per determinare precisamente come la coda interagisce con le teste, che sono risultato essere a che cosa gli autori si riferiscono come “doppio lockdown.„

“Era realmente una grande sorpresa,„ Hackney ha detto, “perché ha eliminato tutte cose ovvie che erano state proposte per come i autoinhibits del dominio della coda il dominio del motore. Non causa un cambiamento conformazionale e non blocca le superfici che interagiscano con il trifosfato di adenosina o il cingolo microtubular.„

Le teste di Kinesin si uniscono tipicamente in un posto, chiamato la cerniera. Nella nuova struttura, le teste oscillano dentro verso a vicenda e sono gettate un ponte su dal dominio della coda, efficacemente inter-collegante le teste al sito dell'associazione della coda. Questo doppio lockdown - alla cerniera ed al ponte - impedisce le teste separare. Poiché le teste devono essere a parte da a vicenda per ripartire il trifosfato di adenosina, il doppio lockdown efficacemente ferma la molecola dalla generazione del combustibile per alimentare il motore.

I ricercatori suggeriscono che altri kinesins possano essere regolamentati dallo stesso meccanismo autoinhibitory. Gli esseri umani hanno dozzine di motori differenti di kinesin che trasportano vario carico, compreso le proteine connesse con Alzheimer, Huntington e le malattie del Parkinson. Kinesins egualmente è compreso nella separazione dei cromosomi durante la divisione cellulare, rendente ai motori un obiettivo per le terapie del cancro che cercano di fermare i motori dal trasporto dei cromosomi, che impedirebbero alle cellule tumorali di moltiplicarsi.