Raziskovalci iz Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) v Münchnu so uporabili posebno tehniko slikanja, ki temelji na fluorescenci, da bi sledili spremembam oblike, do katerih pride, ko proteini pore v celični membrani izvozijo molekule v zunajcelični medij.
Biološko celico si lahko predstavljamo kot panj, v katerem imajo beljakovine vlogo čebel delavk. Vendar pa so beljakovine veliko bolj vsestranske in lahko medsebojno delujejo in tvorijo molekularne stroje. Da bi razumeli mehanizme, ki so podlaga za njihovo funkcionalno vsestranskost, so se strukturni biologi zanašali predvsem na analizo svojih tridimenzionalnih struktur po kristalizaciji. Vendar beljakovinski kristali zagotavljajo v bistvu statično sliko. "Tako je ta pristop sam po sebi nezadosten, " pravi Thorben Cordes, profesor fizične in sintetične biologije na LMU. "Razumeti moramo molekularna gibanja in strukturne spremembe, ki se dogajajo v beljakovinah med njihovim delovanjem." Cordes in njegova raziskovalna skupina sta se osredotočila na iskanje načinov za vizualizacijo dinamike beljakovin. V sodelovanju z ekipami Imperial College London in Univerze v Groningenu jim je zdaj uspelo opisati konformacijske spremembe, ki se pojavijo v razredu membransko integriranih transportnih beljakovin. Nove ugotovitve so objavljene v EMBO Journalu.
Raziskovalci so se osredotočili na tako imenovane ABC transporterje, esencialne membranske proteine, ki so vključeni v številne celične procese, vključno s privzemom hranil, razstrupljanjem in imunskimi reakcijami. Vsi ABC transporterji so sestavljeni iz dveh modulov. Transmembranska domena, ki je vgrajena v membrano, tvori pore, skozi katere se substrat izvozi iz celice. Notracelularna domena, ki veže nukleotide, je odgovorna za dobavo potrebne energije – kar naredi z vezavo in razgradnjo ATP, glavnega nosilca kemične energije celice.
Da bi ugotovili, kako ABC transporterji dejansko pošiljajo svoje substrate čez membrano, so Cordes in sodelavci uporabili nedavno standardizirano metodo, imenovano enomolekulski FRET. Tehnika temelji na dejstvu, da ko so različna fluorescenčna barvila kemično vezana, posebej na mestu, na interakcijske molekule ali domene, se fluorescenčni signal spreminja glede na razdaljo med njimi (zaradi "prenosa energije fluorescenčne resonance"). Te spremembe je mogoče izmeriti z občutljivim mikroskopom, ki omogoča spremljanje sprememb v konformacijski strukturi in veznih interakcij med različnimi proteinskimi podenotami. "Na ta način smo lahko pokazali, da transport substrata čez membrano zahteva velike spremembe v konformaciji proteina ABC, " pravi Cordes. Oba modula transporterja lahko obstajata v odprti ali zaprti konformaciji. Na začetku operativnega cikla je domena, ki veže nukleotide, odprta navznoter. Vezava molekule ATP nato sproži zaprtje tega modula. Če je - in samo če - substrat že v pori, ki jih tvori transmembranska domena, transmembranska domena sprejme odprto konformacijo, spusti substrat v medij in se nato zapre. Šele takrat se vezan ATP hidrolizira, sproščena energija pa služi za obnovitev odprte konfiguracije domene, ki veže nukleotide.
Avtorji nove študije upajo, da bo enomolekulski FRET postal metoda izbire za nadaljnje preiskave ABC transporterjev. "Ta razred prenašalcev je vključen tudi v patogenezo številnih resnih motenj, vključno s cistično fibrozo, pa tudi v odpornost na zdravila proti raku," pojasnjuje Cordes. "Bolje razumevanje njihovih transportnih ciklov bi zato lahko odprlo nove terapevtske priložnosti."
