Исследователи из PSI Института Пола Шеррера выяснили важную часть сигнального пути, который передает информацию через клеточную мембрану внутрь клетки.
Внутренняя часть всех живых клеток отделена от внешнего мира мембранами. Эти мембраны сохраняют клетки в целости и защищают их от негативных воздействий. Но они также действуют как барьер для питательных веществ и информации. По этой причине клеточные мембраны содержат механизмы, обеспечивающие избирательный доступ к нужным веществам или передающие информацию из внешних сигналов в клетку.
Важный сигнальный путь у млекопитающих состоит из трех компонентов: Первый - это рецептор, который распознает сигнал и активируется им. Второй - это так называемый G-белок, который связывается с активированным рецептором и передает сигнал одному или нескольким эффекторным белкам. В данном случае эффектором является аденилатциклаза, третий компонент сигнальной цепи. Этот белок активируется субъединицей G-белка и в результате биохимической реакции продуцирует вторичный мессенджер, называемый циклическим АМФ (цАМФ).
цАМФ запускает различные реакции в клетке; например, увеличивает проницаемость мембран для кальция в сердечных клетках, что приводит к увеличению частоты сердечных сокращений.
Исследователи из Института Пауля Шеррера в Виллигене, Швейцария, исследовали один особый тип аденилатциклазы с помощью электронной микроскопии и получили самое детальное на сегодняшний день изображение этого типа мембранного белка.
Полезная сдержанность
«Чтобы понять, как работают сигнальные пути в клетке, необходимо сначала детально узнать, как выглядят задействованные компоненты», - говорит Владимир Корхов, руководитель исследовательской группы «Механизмы передачи сигнала в биологии и химии». Отделение PSI и доцент Института биохимии ETH Zurich. «Наша работа является важным вкладом в выяснение точной функции аденилатциклазы в сигнальной цепи цАМФ».
«Удивительно, но при определении структуры аденилатциклазы, связанной с альфа-субъединицей G-белка, мы обнаружили, что этот белок, по-видимому, способен ингибировать сам себя», - говорит Корхов. Одна часть белка отвечает за это самоторможение. Эта часть блокирует активный центр фермента и предотвращает перепроизводство цАМФ.
Это новое понимание молекулярной структуры аденилатциклазы обеспечивает гораздо лучшее понимание того, как внешние сигналы приводят к контролируемому производству важного вторичного мессенджера цАМФ. Концентрация цАМФ в клетках играет важную роль в развитии сердечно-сосудистых заболеваний, некоторых опухолей и диабета 2 типа. «В будущем наши новые результаты могут позволить идентифицировать препараты, которые ингибируют или активируют аденилатциклазу в зависимости от того, является ли причиной заболевания перепроизводство или недостаток цАМФ», - объясняет Корхов.
Микроскопия при низких температурах
Исследователи получили свои результаты с помощью криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ). Эта форма просвечивающей электронной микроскопии работает при температурах ниже -150 градусов Цельсия. Исследуемый образец быстро замораживают в жидком этане с сохранением его естественной структуры. Этот метод, за который в 2017 году была присуждена Нобелевская премия по химии, все чаще используется при исследовании биологических структур. «Очень интересно получить глубокое представление о структуре аденилатциклазы», - говорит Чао Ци, докторант лаборатории Корхова и первый автор исследования.«Структура этого белка оставалась неясной на протяжении десятилетий с момента его открытия, и я рад, что смог выяснить эту структуру с помощью крио-ЭМ в ходе моего докторского исследования».
Разрешение, достигнутое исследователями PSI в своих исследованиях, составило 3,4 ангстрема. Ангстрем - это одна десятимиллионная миллиметра. Изолированные атомы имеют радиус от 0,3 до 3 ангстрем.
Исследователи опубликовали свои выводы в научном журнале Science.