Микротрубочки помогают регулировать структуру клеток во всем организме. Группа японских исследователей использовала криоэлектронную микроскопию, чтобы пролить свет на то, как определенный белок поддерживает стабильность микротрубочек и регулирует транспорт на основе микротрубочек внутри клеток. Новое понимание может помочь в разработке методов лечения таких заболеваний, как слабоумие и сердечная недостаточность. Эти результаты были опубликованы 1 октября в онлайн-издании Journal of Cell Biology.
Исследовательскую группу возглавляли профессор Рё Нитта и профессор проекта Цуёси Имасаки (Высшая школа медицины Университета Кобе) в сотрудничестве с руководителем группы Микако Широзу и исследователем Хидэки Шигемацу (RIKEN), а также доцентом Киётакой Токураку (Институт Мурорана). технологии).
Клетки в нашем организме принимают особую форму, чтобы функционировать как часть органов и тканей. Например, нервные клетки поддерживают тесную связь между мозгом и телом, создавая сеть связи между клеточными проекциями. Клетки сердца образуют ряды цилиндров для эффективного сокращения мышц. Чтобы создать эти формы, каркас из сложных белков образует клеточный «скелет». Самые широкие из них известны как микротрубочки, и их расположение регулируется белками, ассоциированными с микротрубочками.
Tau и MAP4 (оба являются частью семейства Tau) являются «классическими» белками, ассоциированными с микротрубочками. Тау содержится в нервных клетках, в то время как MAP4 широко экспрессируется во всем нашем организме, например, в сердце или скелетных мышцах. Чрезмерная экспрессия этих классических белков, связанных с микротрубочками, связана с болезнью Альцгеймера и сердечной недостаточностью. Он может блокировать движение моторного белка кинезина, который использует микротрубочки как «рельсы» для транспортировки различных веществ внутри клеток.
Исследовательская группа реконструировала сложную структуру микротрубочек, MAP4 и моторного белка кинезина в лабораторных условиях и использовала криоэлектронную микроскопию для визуализации подробной трехмерной структуры. Их анализ показал, что MAP4 прикрепляется к длинным осям микротрубочек и стабилизирует их. Связи между MAP4 и микротрубочками располагаются на двух типах сайтов: для сильных и слабых взаимодействий. В слабых участках кинезин конкурирует с MAP4 за связывание с микротрубочками. Если кинезина достаточно, он может вытеснить MAP4 из слабых участков и связать с микротрубочками.
Это приводит к одновременному связыванию MAP4 (на сильных якорных участках) и кинезина (на слабых участках) с микротрубочками. Команда обнаружила, что, помимо непосредственного связывания с микротрубочками, MAP4 также складывается и накапливается над микротрубочками. MAP4 в этой области взаимодействует с кинезином и защищает его, блокируя движение кинезина над микротрубочками. Это показывает, как MAP4 стабилизирует микротрубочки, а также блокирует транспортные функции кинезина.
Это исследование предоставляет важную информацию, которая потенциально может помочь в создании новой стратегии лечения сердечной гипертрофии и сердечной недостаточности, вызванных гиперэкспрессией MAP4. Также весьма вероятно, что Tau, который имеет аминокислотную последовательность, очень похожую на MAP4, может иметь такую же структуру. В этом случае это исследование также прольет свет на нейродегенеративные заболевания, такие как деменция.
Профессор Нитта комментирует: «Раскрывая микроморфологию MAP4 и комплекса микротрубочек в клетках, мы надеемся, что это исследование даст понимание на клеточном уровне, которое поможет нам бороться с заболеваниями, вызванными клеточными изменениями, такими как сердечная недостаточность и слабоумие."