Подвижность является важным свойством многих типов клеток и управляется молекулярными моторами. Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) in M обнаружил, что моторный белок миозин VI непосредственно способствует деформации клеточной мембраны, необходимой для передвижения или эндоцитоза.
Мембраны, состоящие из двойного липидного слоя, определяют внешнюю поверхность ядерных клеток (плазматическая мембрана) и разграничивают жизненно важные органеллы внутри этих клеток, такие как митохондрии и ядра. Кривизна мембраны определяет трехмерную форму этих структур и, следовательно, является ключевым фактором в их соответствующих функциях. Кроме того, способность активно деформировать мембраны необходима для многих клеточных процессов. Используя сочетание экспериментальных и теоретических подходов, исследовательские группы LMU под руководством профессора Клаудии Вейгель (Биомедицинский центр) и профессора Эрвина Фрея (Центр теоретической физики Арнольда Зоммерфельда), которые также являются членами Мюнхенского центра нанонауки (CeNS), продемонстрировали, что белки, называемые молекулярными моторами, непосредственно участвуют в контроле деформации мембраны. Новые результаты опубликованы в онлайн-журнале Nature Communications.
Формирование и динамика кривизны мембраны является результатом сложного взаимодействия множества различных белков, в котором значительную роль играет цитоскелет, с которым взаимодействуют молекулярные моторы. Моторные взаимодействия позволяют внутреннему скелету клетки динамически разрушаться локально и собираться в новые конфигурации. Эти процессы, в свою очередь, косвенно воздействуют на цитоплазматическую мембрану. Моторные белки перемещаются по различным системам филаментов, которые вместе составляют цитоскелет, транспортируя молекулярные грузы к месту назначения. Однако сами моторные белки также могут действовать как сигнальные молекулы. «Теперь мы обнаружили совершенно новый тип функции одного конкретного моторного белка, называемого миозином VI: этот мотор напрямую взаимодействует с компонентами плазматической мембраны и динамически изменяет ее форму», - говорит Лаешкир Вюртнер, соавтор исследования.
Используя флуоресцентные маркеры и флуоресцентную микроскопию сверхвысокого разрешения, мы смогли экспериментально подтвердить, что миозин VI связывается непосредственно с мембраной. Комбинируя эти эксперименты с наночастицами золота треугольной формы, мы также обнаружили, что это взаимодействие происходит в удивительно селективный и высоко кооперативный способ - особенно в местах, где кривизна мембраны принимает форму седла. Места связывания появляются в нанопорах, которые индуцируются тепловыми флуктуациями. Когда молекулы миозина VI прикрепляются к этим участкам, они делают это динамически изменчивым, похожим на цветок узором, диаметр которого может достигать нескольких микрометров вокруг каждой поры. В наших экспериментах окружность этих «цветков» растет с постоянной скоростью, которая прямо пропорциональна концентрации доступного миозина», - объясняет Вейгель.
Авторы исследования предполагают, что эта недавно открытая функция моторов на основе миозина участвует в важных клеточных процессах, таких как эндоцитоз и образование мембранных выпячиваний. «Мы также разработали количественную теоретическую модель, которая правильно описывает взаимодействие белок-мембрана и результирующую динамику морфологии мембраны», - говорит Фрей. «Мы считаем, что в ближайшем будущем наш новый анализ и модель, на которой он основан, помогут нам раскрыть другие механизмы деформации мембраны и выяснить универсальную роль кривизны мембраны в клеточных функциях».