Už víme, jak šetří energii molekulární motory
Transportní systém skrytý v nitru každé živé buňky je dobře „promazaným“ strojem, obsahujícím mimo jiné i miniaturní proteinové motory, jež v nitrobuněčném prostoru přepravují chromosomy, neurotransmitery a ostatní vitálně důležité částice. Tyto molekulární pohonné jednotky zodpovídají za nejrůznější transportní procesy, přičemž zdaleka ne všechny probíhají nepřetržitě a za všech okolností. Většina těchto motorů je schopna sama sebe uvést do energeticky úsporného režimu, díky němuž se nejen šetří významná množství buněčného paliva, ale současně se též účinně kontroluje a řídí řada procesů, tedy vše, co, kdy a kde se v buňce odehrává.
Mechanismy, jimiž buněčné motory sebe samé do energeticky úsporného režimu převádějí, se dlouho nepodařilo popsat. Nyní je odhaluje nová studie vědeckých pracovníků – biochemiků z Carnegie Mellon University, která byla podpořena granty Cancer Research UK, National Institutes of Health, National Science Foundation a Singapore’s Agency for Science, Technology and Research. Její výsledky publikoval v srpnu tohoto roku časopis Science, a zdá se, že práce poskytuje kromě vyřešení této molekulární hádanky i zcela nový pohled na celou problematiku regulace buněčných proteinových transportních mechanismů. Může dokonce otevřít i nové cesty k řešení problematiky některých neurodegenerativních onemocnění, jako je např. Alzheimerova, Parkinsonova či Huntingtonova choroba.
Jestliže totiž tyto proteiny sehrávají významnou úlohu ve všech eukaryotických buňkách, pak v buňkách nervových je jejich role zcela klíčová. Tvrdí to alespoň jeden z hlavních autorů studie, prof. David Hackney z Mellon College of Science, jenž studoval především kinesin‑1 jako hlavní protein transportující neurotransmitery z nervové buňky axonem. Právě problémy s transportem neurotransmiterů axony se totiž mohou podílet na nejrůznějších neurologických poruchách. Jak vypadá struktura typické kinesinové molekuly a co znamená energeticky úsporný režim? Motorová doména kinesinu je představována dvěma globulárními hlavičkami a získává energii štěpením (hydrolýzou) ATP. Kontaktem hlavičky s cytoskeletální strukturou se ATP hydrolyzuje a změní se její konformace, což se projeví jejím posunem po mikrotubulu nebo mikrofilamentu. Na druhém konci je koncová doména, s vazebnými místy pro jiné molekuly, buněčné struktury (organely), a dokonce i chromosomy – ty mohou tvořit „náklad“, jejž motor transportuje. Pokud „náklad“ připojen není, oba konce (domény) kinesinové molekuly se spojí a hydrolýza ATP se zastaví, aby se touto důležitou energetickou rezervou zbytečně neplýtvalo. Ačkoli skutečnost, že k tomuto autoinhibičnímu sbalení molekuly dochází tak, že se koncový úsek naváže na obě globulární hlavičky, molekulární mechanismus tohoto děje zůstával až do nynějška neznám. Existovalo sice hned několik hypotéz, právě publikovaná práce však definitivně potvrdila jediné správné řešení.
Právě spolupracovníkům prof. Hackneye – Hung Yi Kristal Kaanovi a Franku Kozielskemu z Beatson Institute for Cancer Research ve skotském Glasgow – se podařilo krystalizovat klíčovou oblast molekuly kinesinu a prokázat, že komplex tvoří struktura obsahující dvě domény hlavové a jednu koncovou. Hackney pak ve své biochemické laboratoři prozkoumal a přesně popsal interakci koncové části s hlavičkami; tento mechanismus obrazně označil jako „dvojitý zámek“. Kinesinové hlavičky jsou obvykle spojeny pouze v jednom místě; nově poznaná struktura však mezi nimi vytváří z koncové části navíc ještě jakýsi můstek. Tento dvojitý zámek pak znemožňuje, aby se hlavičky od sebe oddělily – a protože hlavičky kinesinů mohou hydrolyzovat ATP pouze v separátním stavu, brání tak molekule vyrábět si z ní energii pro činnost molekulového motoru. Autoři studie vyslovili domněnku, že stejným autoinhibičním mechanismem by mohly být regulovány i další známé kinesiny. To je významné vzhledem k faktu, že v lidském organismu jsou různých kinesinových motorů, jež transportují nejrůznější biologický materiál, desítky. Patří k nim mj. již zmíněné proteiny spojené s Alzheimerovou, Huntingtonovou a Parkinsonovou chorobou, což dává naději na vývoj nových postupů pro jejich léčbu. Kromě toho jsou však kinesiny zapojeny i v separaci chromosomů během buněčného dělení, a lze proto předpokládat, že by se kinesinové motory mohly stát cílem některých protinádorových terapií, jež usilují o zastavení transportu chromosomů, a tak i množení nádorových buněk.
Zdroj: Medical Tribune