Почти все живые организмы - от бактерий до человека - имеют белковые комплексы в своих клеточных мембранах, которые избавляются от нежелательных или опасных для жизни молекул. Это не всегда идет на пользу человеку, поскольку в случае бактерий или раковых клеток эти комплексы, известные как транспортеры ABC, также ответственны за устойчивость к антибиотикам или химиотерапии. Исследователям Франкфуртского университета им. Гёте совместно с Институтом биофизики Макса Планка, который также находится во Франкфурте, удалось расшифровать все этапы транспортного механизма.
За последние пять лет исследовательская группа во главе с Робертом Тампе из Института биохимии Университета Гете во Франкфурте приложила значительные усилия для подготовки образцов чувствительных мембранных белковых комплексов таким образом, чтобы их можно было исследовать в мембране. окружающей среды с помощью криоэлектронной микроскопии. Криоэлектронная микроскопия позволяет получать изображения с высоким разрешением путем замораживания молекул, чтобы свести к минимуму размытие, когда они находятся в движении.
Если целью является не только получение четких изображений сложных молекул, таких как переносчики ABC, но и наблюдение за их работой, необходимы снимки различных стадий. Группа биохимиков во главе с Тампе смогла преднамеренно запустить эти стадии, снабжая транспортер различными концентрациями АТФ и АДФ. Без снабжения энергией АТФ транспортер не может перемещать молекулы против градиента концентрации между внутренней частью клетки и ее окружением.
В текущем выпуске журнала Nature Тампе и его коллеги показывают восемь конформаций с высоким разрешением экспортного комплекса ABC, состоящего из двух разных белковых субъединиц. Исследователи также впервые смогли сделать видимыми промежуточные этапы транспортного процесса. Издатели Nature выбрали это важное открытие в качестве обложки текущего номера.
«Наша работа может привести к изменению парадигмы в структурной биологии, поскольку стало возможным отображать все движения клеточного механизма почти с атомарным разрешением», - объясняет профессор Тампе. «Благодаря этому неожиданному открытию мы теперь можем ответить на вопросы о транспортном механизме переносчиков ABC, которые ранее были предметом споров и имеют большое значение для медицины». Кроме того, исследователи впервые смогли наблюдать, как ворота открываются внутрь или наружу. Разрешение 2,8 ангстрем (1 ангстрем=одна десятимиллионная миллиметра) является самым высоким разрешением, когда-либо достигнутым при визуализации структуры транспортера ABC с помощью криоэлектронной микроскопии.