Новое исследование Университета Аризоны выявило структуру и функцию одной из последних стратегий борьбы бактерий с вирусами: флота высокоорганизованных ферментов, которые обеспечивают быстрый иммунный ответ, способный быстро уничтожать вредоносную ДНК вируса. вирусные захватчики.
«Это часть того, что часто называют самой старой войной в мире», - сказала Нэнси Хортон, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии, возглавляющая лабораторию, проводившую исследование, опубликованное в прошлом месяце в Structure.«Эта война происходит повсюду - от океанов до почвы и наших собственных кишок».
Ферменты - это белки в живых клетках, которые ускоряют химические реакции. Некоторые ферменты могут принимать несколько форм, каждая из которых выполняет свою функцию, и переключаться между ними. При этом специфический фермент - SgrAI - имеет форму, медленно разрезающую инвазивную ДНК. Однако, когда множество таких ферментов соединяются и обвивают отрезок ДНК, они создают нить, которая увеличивает способность к расщеплению ДНК в 200 раз.
«Ферменты SgrAI содержат два атома металла, и они должны помещать их прямо рядом с местом, где ДНК будет расщеплена», - сказал Хортон. «Структура фермента в неволокнистой форме удерживает один из двух атомов металла в неправильном месте. В волокнистой структуре мы видим изменение формы фермента, которое выталкивает этот атом на место».
Быстрый иммунный ответ важен, потому что вирусы, атакующие бактерии, называемые бактериофагами, прикрепляются снаружи бактериальной клетки, прежде чем ввести в нее свой собственный генетический материал. Оказавшись внутри, бактериофаг захватывает механизм репликации бактерий, чтобы создавать свои копии. В конце концов, вновь синтезированные вирусы вырываются из захваченной клетки и заражают другие бактерии.
"Это действительно фундаментальное исследование", сказал Хортон. «Но вы должны знать, как что-то работает, прежде чем вы сможете это исправить. И есть много других важных с медицинской точки зрения ферментов, которые используют этот механизм. Когда они не работают, они вызывают рак, аутоиммунные заболевания, диабет и многое другое. - это основа клеточной биологии."
Выводы являются частью более масштабного исследовательского интереса Хортона к изучению существования филаментообразующих ферментов.
Поиск нитей
Волокна были впервые обнаружены около 50 лет назад, прежде чем были потеряны для науки из-за тех самых методов, которые предназначались для выявления внутренней работы клетки.
В 1960-х годах исследователи использовали микроскопы, в которых электроны отскакивали от предметов, чтобы прорисовывать детали размером меньше видимой длины волны света. Но затем появилась рентгеновская кристаллография - метод, который привел к открытию структуры ДНК - и дал исследователям возможность получать изображения с еще более высоким разрешением. Рентгеновская кристаллография обогнала лаборатории в последующие десятилетия, и филаменты остались незамеченными, потому что они не образуют поддающихся обнаружению кристаллических структур.
Нити были забыты наукой примерно до 2010 года, когда несколько лабораторий по всему миру, включая лабораторию Хортона, снова начали исследовать клеточные структуры, используя новые электронные микроскопы с более высоким разрешением.
«Когда моя лаборатория впервые опубликовала статью о существовании нитей (в 2010 году), я столкнулась с большим сопротивлением», - сказал Хортон. «Примерно в то время, когда я открывал это, я заметил, что некоторые другие лаборатории также обнаружили это. Просмотрев научную литературу, я понял, что мы знали об этом десятилетия назад, но забыли об этом. Вот почему я называю это ренессансом… это новое открытие. Но тогда мы не знали, почему и как образовались нити. Поэтому недавняя работа, которую мы проделали, заключалась в том, чтобы выяснить, почему формируются нити, какие преимущества они дают и какова их цель».
В этом месяце Хортон опубликовала в Nature Reviews Molecular and Cellular Biology сборник независимых открытий филаментов, в котором она идентифицирует их как одно и то же явление.
В настоящее время она является лидером в развивающейся области ферментативной филаментации. Она использует грант Национального научного фонда на общую сумму более 2,3 миллиона долларов для изучения структуры и механизма образования филаментов с помощью SgrAI и фосфофруктокиназы, метаболического фермента человека, известного как PFK, чтобы узнать о преимуществах образования филаментов для регуляции активности фермента.