Wissenschaftler entdecken, wie molekulare Motoren gehen Sie in " Energiesparmodus "

Das Transportsystem in lebenden Zellen ist eine gut geölte Maschine mit winzigen Proteinmotorenschleppen Chromosomen , Neurotransmitter und andere lebenswichtige Fracht um die Zelle . Diese molekularen Motoren sind für eine Vielzahl von kritischen Transportaufträge verantwortlich, aber sie sind nicht immer auf dem Sprung. Sie können sich in die " Energiesparmodus" setzen, um zelluläre Kraftstoff zu sparen und , als Folge , zu kontrollieren , was wird in der Zelle , und wenn sie verschoben .

Eine neue Studie von der Carnegie Mellon University Biochemiker, in der 12. August Ausgabe von Science , beschreibt, wie die Motoren fach in sich selbst , oder Energie zu sparen, wenn ihre Verkehrsdienste erforderlich sind. Nach Angaben der Forscher , die Lösung für dieses molekularen Puzzles bietet neue Einblicke in die molekularen Motor-Proteine ​​reguliert werden , und kann neue Wege für die Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen , wie Alzheimer und Huntington- öffnen.

"Molekulare Motor-Proteine ​​spielen eine wichtige Rolle in allen eukaryotischen Zellen , aber sie sind besonders kritisch zu Nervenzellen ", sagte David Hackney, Professor der biologischen Wissenschaften in der Mellon College of Science , und einer der Autoren des Papiers . " Nervenzellen haben diese besondere Problem, dass Proteine ​​wie Rezeptoren für Neurotransmitter , im Zellkörper synthetisiert und haben den ganzen Weg entlang des Axons . Probleme in diesem Transportsystem versendet werden können in einer Reihe von neurologischen Erkrankungen eine Rolle spielen. "

Hackney konzentriert sich seine Forschung über Kinesin -1, das Prinzip Motorprotein , die Ladung von der Nervenzelle Körper bewegt sich entlang des Axons . Eine typische Kinesin Molekül zwei Schwänze an einem Ende , die zu der Ladung und zwei kugelförmigen Köpfe am anderen Ende , die entlang den Fasern im Inneren der Zelle Mikrotubuli Kurbel befestigen , zieht die Ladung nach vorne. Die Bewegung der Köpfe oder der Motordomäne wird durch den Abbau von ATP , ein Molekül, das die Energie, zellulare Arbeit treibt speichert heizt. Wenn Ladung nicht angeschlossen ist , faltet sich in sich selbst Kinesin an ATP aus verschwendet zu verhindern. Obwohl die Wissenschaftler wussten, dass ein Schwanz bindet an den beiden Köpfen , um es in einem gefalteten " autoinhibierten " Zustand zu halten , bleibt die molekulare Mechanismus unklar. Mehrere Möglichkeiten wurden vorgeschlagen, aber diese neuesten Erkenntnisse deuten darauf hin, nur eine Lösung.

Hackney arbeitete mit Hung Yi Kristal Kaan und Frank Kozielski am Beatson Institut für Krebsforschung in Glasgow, Schottland , die einen Schlüsselabschnitt des Kinesin -Molekül kristallisiert - einem Schwanz, der an die Leiter gebunden war . Die Kristallstruktur bestätigt, dass der Komplex enthielt zwei Kopfdomänen und nur einer Schwanzdomäne . Hackney dann durchgeführt biochemischen Manipulationen , um festzustellen , wie genau der Schwanz interagiert mit den Köpfen , die sich als das, was die Autoren beziehen sich auf als " Doppel Lockdown . "

"Es war wirklich eine große Überraschung ", Hackney sagte, " weil es ausgeschlossen, alle offensichtlichen Dinge, die , wie der Schwanzdomäne autoinhibits die Motordomäne vorgeschlagen worden war . Es muss nicht eine Konformationsänderung führen , und es nicht zu blockieren die Oberflächen, die mit ATP oder der Mikrotubuli Spur zu interagieren. "

Kinesin Köpfe werden normalerweise bei einer Stelle verbunden ist , die so genannte Scharnier. In der neuen Struktur , die Köpfe schwingen in Richtung zueinander und werden von der Schwanzdomäne , effektiv die Vernetzung der Köpfe an der Stelle der Schwanz -Bindung überbrückt. Diese Doppel- Lockdown - am Scharnier und an der Brücke - verhindert, dass die Köpfe von trennenden . Da die Köpfe müssen getrennt voneinander zu brechen ATP zu sein , die doppelte Sperrunterbricht das Molekül von der Generierung Kraftstoff , um den Motor anzutreiben.

Die Forscher vermuten , dass andere kinesins können durch die gleiche autoinhibitorischen Mechanismus reguliert werden. Menschen haben Dutzende verschiedener Kinesinmotoren , die eine Vielzahl von Ladung, einschließlich Proteinen mit Alzheimer , Chorea Huntington und Parkinson-Krankheiten assoziiert transportieren. Kinesinen werden auch bei der Trennung von Chromosomen während der Zellteilung , so dass die Motoren ein Ziel für Krebstherapien, um die Motoren von Transport Chromosomen aufhören zu suchen , die Krebszellen von multiplying.This Forschung verhindern würde beteiligt wurde von Cancer Research UK , die National Institutes of unterstützt Health , der National Science Foundation und Singapurs Agentur für Wissenschaft , Technologie und Forschung .

Von: Jocelyn Duffy