Вчені з Дослідницького інституту Скріппс виявили, що таємнича родина клітинних протеїнів під назвами OSCAs і TMEM63s – це новий клас механосенситивних іонних каналів.
Механосенситивні іонні канали конвертують біологічно релевантні фізичні сили в біохімічні сигнали. Наприклад, відповідь рослини на такі сигнали навколишнього середовища, як вітер, водні потоки чи фізичні бар'єри залежать від механічної чутливості. У ссавців чуття дотику, відчуття болю і регуляція кров'яного тиску здійснюється за допомогою механосенситивних іонних каналів. Попри їхню важливість, нам дуже мало відомо про молекули, що відповідають за ці функції в організмах рослин і тварин.
Вчені розшифрували атомну структуру одного члена родини протеїнів OSCA, й це дозволило їм дослідити, як функціонують ці іонні канали. Ця інформація може виявитися критично важливою в з’ясуванні того, як саме дисфункції механосенситивних каналів причетні до розвитку хвороб.
Оригінальну роботу з дослідження ролі протеїнів OSCA здійснила Света Мурті (Swetha Murthy), співробітниця наукової лабораторії Ардема Патапутяна (Ardem Patapoutian) – професора Дослідницького інституту Скріппс і Медичного інституту Говарда Г'юза. Разом із Мурті та Патапутяном авторами дослідження «OSCAs /TMEM63s – еволюційно збережена родина механічно активованих іонних каналів» («OSCA/TMEM63 are an evolutionarily conserved family of mechanically activated ion channels») є Едрієн Е. Дубін (Adrienne E Dubin), Тесс Вітвем (Tess Whitwam), Себастіан Жожоа Круз (Sebastian Jojoa Cruz), Стюарт М. Кегелен (Stuart M. Cahalan), Сейєд Алі Реза Мусаві (Seyed Ali Reza Mousavi) і Ендрю В. Верд (Andrew B. Ward) із Дослідницького інституту Скріппс.
У своєму новому дослідженні Мурті з колегами зазначили, що канали OSCA є чутливими до тиску іонними каналами. Схоже на те, що вони набули цих «механосенситивних» властивостей у процесі еволюції.
«Ми хотіли подивитись, чи зберігаються ці механосенситивні властивості як у 15 різних членів родини OSCA, так і у різних біологічних видів», – зазначила Мурті.
Завдяки новим дослідам вдалося зробити припущення, що властивість реагувати на тиск справді притаманна усім видам OSCA каналів. Більше того, OSCA канали наявні не тільки в рослинах – споріднені протеїни в організмах тварин, TMEM63s, теж мають механосенситивні властивості.
«Подібні припущення сприятимуть вивченню цих каналів на прикладі таких організмів, як мухи та миші, й допоможуть дослідити їхню роль в біологічних процесах людини та хворобливих станах, пов'язаних із механочутливівстю», - прокоментувала Мурті.
Наступне дослідження було здійснене Себастіаном Жожоа Крузом (Sebastian Jojoa Cruz) та Кей Саотоме (Kei Saotome) в Інституті Скріппс, й одночасно опубліковане в eLife. Разом із Жожоа Крузом, Саотоме і Вердом авторами дослідження «Кріоелектронна мікроструктура механічно активованих іонних каналів OSCA1.2» («Cryo-EM structure of the mechanically activated ion channel OSCA1.2») були Света Мурті й Ардем Патапутян з Інституту Скріппс, а також Че Чун (Алекс) Цуї (Che Chun (Alex) Tsui) і Марк С. П. Сенсом (Mark S.P. Sansom) з Оксфордського університету.
Працюючи з професором Ендрю Вердом, дослідники застосували уявну техніку – кріо-електронну мікроскопію, – для вивчення структурних деталей члена родини OSCA під назвою OSCA1.2.
Цей перший погляд на структуру OSCA дозволяє припустити, що частина протеїну може бути розташована досить близько до клітинної мембрани, аби вловлювати напругу мембрани і транслювати цю напругу на решту іонних каналів. Дослідники сподіваються дізнатись, як саме працюють процеси реагування на тиск.
«Перше наближення до з'ясування структури OSCA каналів може стати важливим початком дослідження деталей механізму механочутливості, що, як виявляється, є досить поширеним серед усіх біологічних видів», - стверджує Саотоме.
«Сила є досить складним для вивчення на молекулярному рівні феноменом, тому майбутні дослідження мають базуватися на інновативних та мультидисциплінарних підходах», – додає Верд. Наприклад, на основі молекулярної динамічної симуляції OSCA1.2, що її здійснили у співавторстві Алекс Цуї і Марк Сенсом в Оксфордському університеті, вдалося отримати багатообіцяючі припущення щодо того, яку саме роль відіграють ліпіди у функціонуванні іонних каналів.
Саотоме та Жожоа Круз зазначили, що подібність (особливо на трансмембранному рівні) між структурою OSCA й структурою неспорідненої родини протеїнів під назвою TMEM16 справді «вражала». У мембранній біології TMEM16 виконує різні ролі, функціонуючи в тому числі як іонні канали і маніпулятори клітинної мембрани. Отже, структурна подібність дозволяє припустити, що ця протеїнова архітектура відповідальна за значно більше біологічних функцій, ніж вважали досі.
«Наступним кроком буде визначення фізіологічної ролі цих протеїнів в організмах рослин і тварин», - наголошує Мурті.
Інформацію взято із сайту: https://www.scripps.edu/news-and-events/press-room/2018/20181115-OSCAs-TMEM63s.html
Переклад Ірини БОРИСЮК