Учёные из Исследовательского института Скриппс (TSRI) раскрыли «тайну» структуры Piezo1 – члена белкового семейства, которое превращает физические стимулы, типа прикосновения или движения кровотока, в химические сигналы, которые передаются от нейронов в мозг.
Выводы, опубликованные в журнале Nature, помогают лучше понять природу заболеваний, при которых в структуре гена Piezo1 происходит мутация: например, наследственный дегидратационный стоматоцитоз или врожденная лимфедема.
«Эта структура обеспечивает фундаментальное понимание того, как белки чувствуют механическую силу и прольют свет на регионы внутри Piezo1, которые могут быть нацелены с использованием небольших молекул или антител», — говорит Ардем Патапутян, один из первых авторов новой статьи в Nature вместе с профессором TSRI Эндрю Уордом.
Белки Piezo1 и тесно связанный с ним Piezo2 обнаружили в лаборатории Ардема Патапутяна (Ardem Patapoutian), профессора TSRI и исследователя медицинского института Говарда Хьюза, в 2010 году. Они представляют собой ионные каналы – устроены в виде поры, встроенной в мембрану клетки, сквозь который проходят ионы в ответ на механический стимул.
Эти белки, обнаруженные в разрозненных типах клеток, уже стали ключевыми игроками в нейробиологии чувств и физиологии сосудов. Но их структура до сих пор оставалась зашифрованной: исследователи не могли разобраться, как части протеина собираются в целостный комплекс.
Нынешнее исследование, проведённое с помощью криоэлектронной микроскопии (cryoEM) – технологии, позволяющей получить изображение высокого разрешения (и принесшей своим авторам Нобелевскую премию по химии 2017 года) – показало, что Piezo1 состоит из трёх кривых «лезвий», вращающихся вокруг центральной поры. Исследователи предположили, что эти лопасти движутся, отвечая на механическое воздействие, открывающее и закрывающее пору для того, чтобы ионы могли зайти внутрь клетки, возбудить мембрану, вызвав локальный потенциал, и таким образом «сообщить» о касании. Подробнее о потенциале действия вы можете прочитать в нашем специальном материале.
Подобная лучу структура служит основой для каждого лезвия, а «анкерный домен» окружает пору, где лопасти встречаются посередине.
Эндрю Уорд (Andrew Ward), профессор TSRI и соруководитель работы, отмечает, что структура Piezo1 уникальна, потому что она, по-видимому, представляет собой белок «всё-в-одном», а это означает, что ему не нужно связываться с другими белками или клеточными структурами, чтобы выполнять свою работу.
Следующий шаг в этом исследовании – изучить общую архитектуру Piezo1 и определить, как работает каждая деталь. Учёные надеются посмотреть на этот белок в разных конформациях, кроме замкнутой, изученной в текущей работе.
Текст: Анна Хоружая