Международная исследовательская группа исследовала механизм транспорта белка бактериальной мембраны с использованием искусственно полученного фрагмента антитела. Транспортные белки, называемые экспортерами ABC, присутствуют, например, в клеточных мембранах бактерий и в больших количествах в раковых клетках и отвечают за транспорт небольших молекул из клеток. Некоторые переносчики могут выкачивать антибиотики или химиотерапевтические агенты из клеток, что делает терапию неэффективной. В текущем исследовании исследователи работали с изолированными экспортерами ABC и показали, как транспорт субстрата связан с энергетическим приводом белка и как оба они могут быть изменены фрагментом антитела или мутациями. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications 21 мая 2019 года.
Для исследования профессор Энрика Бординьон и профессор Ларс Шефер из Рурского университета Бохума, оба члена Cluster of Excellence Resolv, сотрудничали с профессором Маркусом Сигером из Цюрихского университета и профессором Микко Карттуненом из Западного университета. Онтарио.
Многоступенчатый транспортный процесс
Экспортеры ABC потребляют энергию при транспортировке молекул из клеток. Они получают это за счет расщепления молекулы-накопителя энергии АТФ на внутренней стороне мембраны. В общих чертах, экспортер ABC состоит из трех областей: обеспечивающего энергию мотора внутри клетки, соединителя, проходящего через клеточную мембрану, и ворот снаружи мембраны.
Для процесса транспорта экспортер ABC открывается внутри клетки, берет молекулу из цитоплазмы и транспортирует ее на другую сторону мембраны. Там внешние ворота открываются, и молекула выводится из организма - но только в том случае, если белковый двигатель расщепляет АТФ внутри. Только после того, как внешние ворота снова закроются, может начаться следующий транспортный процесс.
Мотор выключен
Исследователи разработали фрагмент искусственного антитела, также известный как sybody, который стыкуется с изолированным экспортером ABC в пробирке. Используя рентгеновскую кристаллографию и электронный спиновой резонанс, команда показала, что sybody связывается с открытыми внешними воротами. В результате этого ворота больше не могли закрываться и, таким образом, не мог быть инициирован новый транспортный процесс. Следовательно, двигатель внутри оставался выключенным; АТФ больше не расщепляется.
Группа подтвердила результаты дальнейших экспериментов без участия человека. В них они специально заменили определенные аминокислоты белка с помощью генетической мутации; это также заблокировало закрывающий механизм внешних ворот и расщепление АТФ.
«Наш анализ показал, что механизм открытия и закрытия внешних ворот структурно связан с расщеплением поставщика энергии АТФ внутри», - описывает Энрика Бординьон.«Наши результаты - это фундаментальное исследование, - говорит глава исследовательской группы ЭПР-спектроскопии в Бокуме. «Мы надеемся использовать эту информацию, чтобы открыть новые подходы к борьбе с лекарственной устойчивостью».