Биологи впервые сняли на видео, как белок проходит сквозь клеточную мембрану
Японские ученые впервые напрямую визуализировали с помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии перемещение белков через клеточную мембрану. Это событие было биохимически предсказано, но никогда не наблюдалось. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Процесс транслокации сквозь клеточную мембрану происходит через комплексы мембранных белков, которые обеспечивают необходимые каналы для перемещения.
У бактерий группа белков образует комплекс SecYEG-SecA, который помогает клеточным белкам перемещаться через цитоплазматическую мембрану. Компонент SecYEG — это канал, через который SecA управляет перемещением белков, используя энергию молекулы, называемой аденозинтрифосфатом (АТФ), своего рода «энергетическую валюту» клетки. Наблюдение этого процесса крайне сложно — он быстрый и микроскопический (нанометры).
Исследователи сосредоточились на изменениях в SecA во время цикла гидролиза АТФ, что имеет решающее значение для механизма транслокации. Гидролиз АТФ служит источником энергии, который управляет транспортом белка.
Анализируя динамику комплекса SecYEG-SecA с помощью высокоскоростного атомно-силового микроскопа, команда сделала снимки в реальном времени перехода SecA между двумя различными состояниями, связанными с циклом гидролиза АТФ.
Итог тридцатилетнего пути — несколько десятков секунд на видео
«Тринадцать лет назад мы отправились в это путешествие, чтобы визуализировать перемещение белка через мембрану. И мы в восторге от того, что нам удалось запечатлеть эти поистине новаторские кадры», — говорит соавтор работы доктор Томоя Цукадзаки.
Подробный анализ также показал, что скорость перемещения белка составляет около 2,2 аминокислотных остатков в секунду, и одного комплекса SecYEG-SecA было достаточно для успешного перемещения белка.
«Нам не только удалось зафиксировать процесс транслокации белка сквозь мембрану в режиме реального времени — событие, ранее неуловимое для визуального наблюдения, — но и оценить структурные изменения моторных белков и скорости их транспорта, что стало значительным прорывом. В дальнейшем мы планируем применить этот метод для анализа других мембранных белков. Это исследование прокладывает путь для будущей визуализации этой клеточной динамики, что потенциально может привести к лучшему пониманию молекулярных механизмов, лежащих в основе транслокации белков», — заключает Цукадзаки.
Ученые отмечают, что сегодня, благодаря развитию микроскопии, мы не только видим отдельную живую клетку, что уже само по себе удивительно, но и процессы происходящие с ней, например, транслокацию. Еще немного и мы в подробностях сможем наблюдать, как белки расплетают ДНК и копируют на РНК информацию, а рибосомы собирают белки. Мы все это знаем во многих подробностях, но еще никогда этого не видели своими глазами.