Международная исследовательская группа исследовала механизм транспорта бактериального мембранного белка, используя искусственно произведенный фрагмент антитела. Транспортные белки, называемые экспортерами ABC, присутствуют, например, в клеточных мембранах бактерий и в больших количествах в раковых клетках и отвечают за транспортировку небольших молекул из клеток. Некоторые транспортеры могут выводить антибиотики или агенты химиотерапии из клеток, таким образом делая терапии неэффективными. В настоящем исследовании ученые работали с изолированными экспортерами ABC и показали как перенос субстрата отнесен к передаче энергии протеина и как оба они могут быть модифицированы частью антитела или мутациями. Результаты были опубликованы в журнале Nature Communications.
Для проведения исследования профессор Энрика Бординьон и профессор Ларс Шефер из Рурского университета в Бохуме, оба члена кластера Excellence Resolv, сотрудничали с профессором Маркусом Сигером из Университет Цюриха и профессором Микко Карттуненом из Университета Западного Онтарио.
Многоступенчатый процесс
Экспортеры ABC потребляют энергию при транспортировке молекул из клеток. Они получают её от расщепления молекулы накопления энергии ATP на внутренней стороне мембраны. Вообще говоря, экспортер ABC состоит из трех частей: мотор, обеспечивающий энергию внутри клетки, соединительный элемент, который проходит через клеточную мембрану, и ворота на внешней стороне мембраны.
Для процесса перехода, консигнант ABC раскрывает внутри клетки, принимает внутри молекулу от цитоплазмы, и транспортирует ее к другой стороне мембраны. Там внешние ворота открываются, и молекула выделяется, но только если белковый двигатель расщепляет ATP внутри. Только после того, как внешние ворота снова закрыты, может начаться следующий процесс транспортировки.
Мотор выключен
Исследователя разработали искусственную часть антитела, также известную как sybody, которая пристыковалась к изолированному экспортеру ABC в пробирке. Используя рентгеновскую кристаллографию и электронный спиновый резонанс, команда показала, что sybody связывается с открытыми внешними воротами. В результате ворота больше не могли закрываться, и, таким образом, новый процесс транспортировки не мог быть инициирован. Следовательно, мотор внутри оставался выключенным; ATP больше не расщеплялся.
Группа подтвердила результаты в дальнейших экспериментах без sybody. В них, они специально заменили некоторые аминокислоты протеина используя генетические мутации; что также заблокировало закрытие механизма внешних ворот при разделении ATP.
«Наш анализ показал, что механизм открытия и закрытия внешних ворот структурно изнутри связан с расщеплением поставщика энергии ATP», — описывает Энрика Бординьон. «Наши результаты являются фундаментальными исследованиями», — говорит руководитель исследовательской группы. «Мы надеемся использовать эту информацию для разработки новых подходов в борьбе с лекарственной устойчивостью.»
Источник: Ruhr-University Bochum