Ученые изучили механизм, с помощью которого клетки контактируют между собой. Оказалось, что классическое представление о белковой спирали в корне неверно. Зато теперь можно придумать, как легче доставлять лекарство в клетку.
Мембрана – это органическая структура, которая формирует оболочку и внутренние структуры клетки. Мембрану можно сравнить с оболочкой мешочка, наполненного цитоплазмой и погруженными в нее органеллами. Оболочка участвует в структурировании клетки; переносе ионов, питательных веществ и медикаментов. Внутри клетки мембрана формирует своеобразные «отделы» -- компартаменты. И тем самым разделяет функциональные зоны – ядро, плазматический ретикулум, органеллы. Именно благодаря мембране клетки отделены друг от друга и в то же время соединены в единое целое – ткани, органы, организм.
Наружная оболочка защищает клетку от проникновения вредных веществ. Но она также захватывает и переносит необходимые организму вещества. Этот процесс – эндоцитоз – происходит за счет мембранных образований – везикул.
Ученые знают, какие вещества и сигналы передаются между клетками, но пока не понимают как. Сотрудники Исследовательского института Скрипса (The Scripps Research Institute) и Национальных институтов здравоохранения (National Institutes of Health) попытались ответить на этот вопрос, изучив строение белка, который обеспечивает связь между клетками организма.
Клеточная связь
Загадочный динамин
Несколько лет назад группа исследователей под руководством Сандры Шмид опубликовала данные, которые буквально бросили вызов имеющимся представлениям о динамине и эндоцитозе. Оказалось, что динамин не образует никакой спирали, а сохраняет конфигурацию круга, «обнимая» тем самым мембрану. Более того, динамин действует независимо от других белков. «Динамин – основной участник процесса клеточных взаимодействий. Он задействован на каждой стадии образования везикул», -- говорит Сандра Шмид.
Чтобы понять механизм работы динамина, ученым пришлось несколько лет создавать его аналог, пригодный для эксперимента. Дело в том, что динамин имеет слишком большую молекулярную массу (в его составе более 1000 аминокислот), поэтому не поддается кристаллизации и дальнейшему анализу. Джошуа Чаппи (Joshua Chappie) три года работала над тем, чтобы укоротить белок, сохранив при этом все его свойства.
Кристаллы уменьшенного динамина исследовали с помощью рентгеновской кристаллографии. Оказалось, что в молекуле динамина есть три аминокислоты, без которых невозможна реакция с ГТФазой. В обычном состоянии, когда мембрана не образует везикулу, он присутствует в нестабильной форме – в виде группировок по четыре молекулы, которые связаны между собой «молекулярным мостиком». В момент формирования везикулы, то есть когда клетка пропускает в цитоплазму «вагончики с грузом», динамин приобретает двумерную структуру и, подобно петле, выделяет на мембране необходимый участок, который он «обвязывает» и после «отрывает».
Визуально этот процесс можно сравнить с тем, как дети надувают лопнувший шарик. Безусловно, на молекулярном уровне все выглядит сложнее, в механизм вовлечены ГТФ, ГТФаза и ГДФ. Тем не менее упрощенно описанный механизм эндоцитоза и работы динамина, который удалось обнаружить американским ученым, может иметь совершенно конкретное прикладное применение. На основе этих данных можно разработать более эффективные фармакологические способы доставки медикаментов в клетки.
Результаты исследования опубликованы 28 апреля в журнале Nature.
