Bioengineers Measure Zugkraft Hitched Paare Von Protein Motors

Eine neue Studie von Rice University bioengineers fest, dass die Arbeitspferd Proteine, die Fracht in lebenden Zellen zu bewegen verhalten sich wie Primadonnen . Das Protein namens Kinesin , ist ein Zweibeiner molekulare Maschine . Wissenschaftler Rice erfunden Werkzeuge, die die Anziehungskraft von Kinesin sowohl einzeln als auch paarweise zu messen konnte , und sie berichten Biophysical Journaldass kinesins nicht gut zusammenarbeiten - zum Teil, weil sie so effektiv auf ihre eigenen sind .

" Die Forscher haben untersucht die mechanischen Eigenschaften der einzelnen Motorproteinen seit einiger Zeit , aber dies ist das erste Mal, dass jemand ist in der Lage, eine bestimmte Anzahl von molekularen Motoren zu einer Ladung binden und beobachten sie zusammen zu arbeiten ", sagte der leitende Forscher Michael Diehl, assistant Professor in der Biotechnologie an der Rice . "Wir wissen, dass mehr als eine dieser Motoren zu den meisten Ladungen angebracht ist , so zu verstehen, wie sie zusammenarbeiten - oder nicht - ist ein Schlüssel zum besseren Verständnis der intrazellulären Transport -System."

Ladungen in den Zellen werden die Teams von Motorproteinen gespannt und von Ort zu Ort , wie Pferdewagen legen geschleppt . Wie Postkutschen oder Wagen , viele Ladungen von mehreren Pferden gezogen . Aber im Gegensatz zu einem Wagen , oft auch zelluläre Fracht mehrere Teams ziehen in entgegengesetzte Richtungen .

"Motor -Proteine ​​gerichtet bewegen ", sagte Diehl . " Entweder sie bewegen sich auf den Zellkern , oder sie aus dem Zellkern in Richtung der Peripherie weg zu bewegen . Gruppierung verschiedene Arten von Motoren zusammen ermöglicht Zellen Frachtbewegungzu regulieren. Aber , wenn es mehrere Motoren ziehen antagonistisch in entgegengesetzte Richtungen , was bestimmt, welche Gruppe gewinnt? Was beeinflusst die Wie sie kooperieren oder konkurrieren um die richtigen Pakete an die richtige Stelle zu bekommen Gleichgewicht ? das sind die Arten stellen wir versuchen zu beantworten. "

Diehl die intrazellulären Transport ist ein zunehmend heißes Thema in der letzten Dekade , zum Teil, weil Forscher haben festgestellt , dass Ausfälle im Verkehrssystem sind zu neurodegenerativen Erkrankungen wie verbunden Amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und Huntington-Krankheit .

Eine Frage, Diehl und Blei Co-Autoren Kenneth Jamison und Jonathan Fahrer half beantworten in der neuen Studie ist, wie viel Durchzugskraft ein Paar kinesins könnte zu einer Ladung gelten im Vergleich zu dem durch eine einzelne Kinesin Auftragsmenge .

Das Gerät sie geschaffen , um das Problem zu studieren war Jahre in der Herstellung . Fahrer und Jamison , beide Doktoranden, verwendet DNA-Stränge an ein Gerüst , eine Art molekularen Joch , die sie nutzen könnten, um ein Paar von kinesins einer experimentellen Fracht per Anhalter zu machen. Die Ladung in ihren Tests war eine mikroskopische Kunststoffkugel . Unter Verwendung von Laserstrahlen in einem Instrument namens einer optischen Falle , befestigt sie Teams von Raupenzieh Proteine ​​Mikrotubuli Fahrbahnen .

Da die Motoren ging die Straße hinunter , zog sie den Wulst weg von der Mitte der optischen Falle . Zur gleichen Zeit werden die Laser im Falle ausgeübten Gegendruck in dem Bemühen, den Wulst zurück zum Zentrum der Falle zu bewegen. Schließlich gewann das Licht aus und zwingt die Motoren gehen und die Fracht um zurück in die Mitte des Strahls einrasten zu lassen . Durch Messung der exakten Bewegungen des Wulstes während dieser Reaktion war Diehl Team Lage , genau zu bestimmen , wie viel Kraft ein Team von Motoren an einem Wulst ausgeübt wird.

" Im Vergleich zu anderen Motoren ist Kinesin eigentlich ein ziemlich starker Performer ", sagte er . "Single Kinesin Motormolekülerelativ große Kräfte erzeugen , und sie nur selten Schritt in die falsche Richtung , wenn zu Fuß entlang Mikrotubuli . Dies ist bemerkenswert Verhalten , wenn man bedenkt Kinesin ist ein Molekular angelegte Maschine, die erhebliche thermische und chemische Schwankungen erlebt . "

Bedenkt man, wie gut sie allein durchzuführen, wäre es leicht anzunehmen, dass eine Gruppe von kinesins würde ziehen härter als eine einzelne Kinesin . Aber Diehl weist darauf hin, dass ein Team von kinesins kann nur nutzen die kombinierte Potential beider Motoren unter bestimmten Umständen.

" Unsere Analysen zeigen, dass die beiden kinesins muss in unmittelbarer Nähe zueinander , um effektiv zusammenarbeiten zu bleiben ", sagte er . "Sonst einer der Motoren neigen dazu, alle von der aufgebrachten Kraft auf die Ladung auferlegt nehmen . Kinesin ist relativ schnell und effizient auf seine eigene, aber sie Mühe, sich untereinander , wenn sie miteinander verbunden sind, zu haben."

Diehl sagte, die Gruppe vermutet, dass andere Klassen von Motormoleküle, die etwas schwächer als Kinesin kann besser in Gruppen funktionieren . Das Team wird die Durchführung Follow-up- Experimente zu sehen, ob das der Fall ist , und sie werden untersuchen, wie solche Unterscheidungen kann eine Rolle bei der Regulierung der Ladebewegungin Zellen spielen .

Diehl Forschungsgruppe , die in Rices neue BioScience Forschung Collaborative befindet, hat Jahre damit verbracht die Verfeinerung der Werkzeuge in der neuen Studie verwendet wird, und die Arbeit zahlt sich in vielfacher Weise . In den letzten vier Monaten hat die Gruppe einen R01 Zuschuss von der National Institutes of Health im Wert von mehr als 1,4 Millionen US-Dollar und Diehl veröffentlichte außerdem eine theoretische Studie von Motorproteinen mit Reis Chemiker Anatoly Kolomeisky .

Diehl -Forschung wird von den National Institutes of Health , der National Science Foundation und der Welch Foundation.

Quelle:
Jade Boyd
rice University