Это один из выводов проведенного под руководством Университета Райса исследования механизмов, управляющих кинезинами, моторными белками, которые переносят грузы внутри клеток. Исследование показывает, что для замедления определенного кинезина требуется большое противодействие. При этом протеин не получает особой помощи от коллег, занимающих тыл.
Теоретическое исследование, подробно описанное в Proceedings of the National Academy of Sciences и проведенное докторантом Райс Цянь Ван, было совместным усилием лабораторий трех профессоров Райс и одного профессора Хьюстонского университета, работающих под эгидой Центра Райс Теоретическая биологическая физика (CTBP).
Они надеются расширить знания о малоизученных рабочих лошадках внутри клеток, которые имеют решающее значение для деления клеток, а также для транспортировки грузов.
Дефектные или недостаточные кинезины участвуют в болезни Шарко-Мари-Тута и некоторых заболеваниях почек.
С помощью компьютерного моделирования исследователи предоставляют первые детали молекулярного уровня того, как кинезины реагируют на внешние силы, подтверждая более ранние эксперименты соавтора Майкла Диля, которые показали, что группы кинезинов работают лучше всего, только когда они находятся в непосредственной близости и могут притягивать то же направление.
«Мы более или менее понимаем отдельные моторы», — сказал биофизик Райса и соавтор Анатолий Коломейский, чье более раннее исследование показало, что моторные белки чувствительны к присутствию других. «В природе они работают в команде, но поскольку двигатели относительно слабо реагируют на значительный диапазон сил, мы утверждаем, что это основная причина, по которой кинезины не всегда взаимодействуют друг с другом."
Кинезины преобразуют энергию химического АТФ или аденозинтрифосфата в механическое действие.
Они прикрепляются к большим грузам, таким как митохондрии или хромосомы, и тянут их по филаментам цитоскелета к дальним участкам клетки. Каждый кинезин содержит две «головные» субъединицы, и каждая субъединица содержит два сайта связывания — один для захвата и движения по микротрубочкам, а другой для связывания АТФ.
Модели показали, что кинезины, семейство моторных молекул, обнаруженных в 1985 году, «слабо восприимчивы» к небольшим или средним внешним силам и тянут свой груз через все, кроме очень сильного сопротивления. К слабым силам относятся те, которые прикладываются кинезинами, прикрепленными к одному и тому же грузу.
Оказывается, эти товарищи по команде едва регистрируются в кинезине босса, если они находятся на расстоянии более 48 нанометров. В этом случае кинезин свинца несет более 90 процентов нагрузки.
Моделирование Райса показало, что лидер уделяет больше внимания тяговому усилию самого груза, что вызывает «переключатель» в шейном соединителе, части стебля, которая тянет груз, как веревку на воздушном шаре. Линкер связывает груз с сайтами связывания АТФ головных двигателей, которые, в свою очередь, контролируют скорость.
Отступающий кинезин, находящийся слишком далеко, не ощущает силы и, следовательно, не может задействовать свои мышцы.
«Когда мотор движется, шейный линкер напрягается», — сказал биофизик Райс Хосе Онучич, соавтор и содиректор CTBP. "Если этот линкер не напряжен, двигатель теряет скорость, потому что не может принимать решение самостоятельно. Эта конкуренция между деформацией и связыванием с микротрубочкой необходима, чтобы гарантировать процессивность этого двигателя."
Базовое моделирование позволит исследователям протестировать больше кинезинов, которые перемещают груз из ядра к внешним границам клетки, и, в конечном итоге, динеины, более крупные и более сложные белки, которые перемещают груз к центру.
«Вы должны сделать этот первый шаг очень хорошо и подробно, чтобы обрести уверенность, прежде чем сразиться с таким чудовищем, как динеин», — сказал Диль. "Эти ребята много лет работали над множеством исследований и объединили вместе, чтобы перечислить и проанализировать переходы между ключевыми этапами в этом механическом процессе.
«Теперь, имея возможность применить этот подход к мотору, подобному динеину, есть возможность объяснить множество важных фундаментальных загадок о том, как работает белок, входящий в состав этого комплекса», — сказал он.
«Это исследование, которое было бы трудно выполнить одному руководящему исследователю», — сказал Онучич. "Для решения таких сложных задач хорошо иметь такую комбинацию талантов."