Naukowcy z Scripps Research ujawnili trójwymiarową strukturę Flycatcher1, trafnie nazwanego kanału białkowego, który może umożliwić roślinom-pułapkom na muchy Wenus zatrzaskiwanie się w odpowiedzi na ofiarę. Struktura Flycatcher1, opublikowana 14 lutego w Nature Communications, pomaga rzucić światło na od dawna zadawane pytania dotyczące niezwykle czułej reakcji na dotyk pułapek na muchy Venus. Struktura ta pozwala również naukowcom lepiej zrozumieć, w jaki sposób mogą działać podobne białka w organizmach, w tym rośliny i bakterie, a także białka w ludzkim ciele o podobnych funkcjach (nazywane mechanowrażliwymi kanałami jonowymi).
„Pomimo tego, jak różne są pułapki na muchy Wenus od ludzi, badanie struktury i funkcji tych mechanowrażliwych kanałów daje nam szersze ramy dla zrozumienia sposobów, w jakie komórki i organizmy reagują na dotyk i nacisk”, mówi współautor i profesor Scripps Research Andrew dr hab.
„Każdy nowy mechanowrażliwy kanał, który badamy, pomaga nam poczynić postępy w zrozumieniu, w jaki sposób te białka mogą wyczuć siłę i przełożyć ją na działanie, a ostatecznie ujawnić więcej na temat ludzkiej biologii i zdrowia” – dodaje współautor dr Ardem Patapoutian, profesor Scripps Research. który zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie fizjologii lub medycyny za badania nad mechanowrażliwymi kanałami, które umożliwiają ciału wyczuwanie dotyku i temperatury.
Mechanowrażliwe kanały jonowe są jak tunele, które obejmują błony komórkowe. Popychane ruchem kanały otwierają się, pozwalając naładowanym molekułom pędzić w poprzek. W odpowiedzi komórki zmieniają swoje zachowanie — neuron może na przykład sygnalizować sąsiadowi. Zdolność komórek do wyczuwania nacisku i ruchu jest ważna dla zmysłów dotyku i słuchu, ale także dla wielu wewnętrznych procesów organizmu – od zdolności pęcherza do wyczuwania, że jest pełny, po zdolność płuc do wyczuwania ilości powietrza oddychanie.
Wcześniej naukowcy skupili się na trzech kanałach jonowych w pułapkach na muchy Wenus, które uważano za związane ze zdolnością mięsożernej rośliny do zamykania liści, gdy jej wrażliwe włoski wyzwalające zostaną dotknięte. Jeden, Flycatcher1, zwrócił uwagę naukowców, ponieważ jego sekwencja genetyczna wyglądała podobnie do rodziny mechanowrażliwych kanałów, MscS, występujących w bakteriach.
„Fakt, że różne warianty tego kanału znajdują się w całej ewolucji, mówi nam, że musi on pełnić pewne fundamentalne, ważne funkcje, które zostały zachowane w różnych typach organizmów” – mówi współautor Sebastian Jojoa-Cruz, doktorant w Scripps Research .
W nowym badaniu naukowcy wykorzystali mikroskopię krioelektronową — najnowocześniejszą technikę, która ujawnia położenie atomów w zamrożonej próbce białka — do analizy dokładnego rozmieszczenia cząsteczek, które tworzą kanał białkowy Flycatcher1 w roślinach pułapek na muchy Venus. . Odkryli, że Flycatcher1 jest pod wieloma względami podobny do bakteryjnych białek MscS – siedem grup identycznych helis otaczających kanał centralny. Ale w przeciwieństwie do innych kanałów MscS, Flycatcher1 ma niezwykły region łącznikowy rozciągający się na zewnątrz z każdej grupy helis. Podobnie jak przełącznik, każdy linker można obrócić w górę lub w dół. Kiedy zespół określił strukturę Flycatcher1, znaleźli sześć linkerów w dolnej pozycji, a tylko jeden odwrócony.
„Architektura rdzenia kanału Flycatcher1 była podobna do innych kanałów, które były badane od lat, ale te regiony łącznikowe były zaskakujące” – mówi dr Kei Saotome, były pracownik naukowy podoktorancki w Scripps Research i współpierwszy autor nowego artykułu. .
Aby pomóc w wyjaśnieniu funkcji tych przełączników, naukowcy zmienili linker, aby zakłócić pozycję górną. Okazało się, że muchołówka1 nie działała już tak jak zwykle w odpowiedzi na presję; kanał pozostawał otwarty przez dłuższy czas, kiedy normalnie zamykałby się po usunięciu ciśnienia.
„Głęboki efekt tej mutacji mówi nam, że konformacje tych siedmiu łączników są prawdopodobnie istotne dla działania kanału” – mówi współautorka dr Swetha Murthy z Vollum Institute na Oregon Health and Science University, byłego badania podoktoranckiego. współpracownik w Scripps Research.
Teraz, gdy rozwiązali już strukturę molekularną, zespół badawczy planuje przyszłe badania nad funkcją Flycatcher1, aby zrozumieć, w jaki sposób różne konformacje wpływają na jego funkcję. Potrzebne są również dalsze prace, aby ustalić, czy Flycatcher1 jest wyłącznie odpowiedzialny za zatrzaśnięcie liści pułapki na muchy Wenus, czy też inne podejrzane kanały odgrywają uzupełniającą rolę.
Oprócz Jojoa-Cruza, Saotome, Murthy, Patapoutian i Ward, autorami badania „Strukturalne spostrzeżenia na temat mechanowrażliwego kanału jonowego Flycatcher1 na muchy na Wenus” są Che Chun Alex Tsui i Wen-Hsin Lee z Scripps Research oraz Mark Sansom Uniwersytetu Oksfordzkiego.
Ta praca i zaangażowani naukowcy uzyskali wsparcie finansowe z National Institutes of Health (R01 HL143297, R01 HL143297), grantu Ray Thomas Edwards Foundation, Wellcome Trust (grant 208361/Z/17/Z), the Biotechnology and Biological Sciences Research Council (grant BB/N000145/1 i BB/R00126X/1), the Engineering and Physical Sciences Research Council (grant EP/R004722/1), stypendium podoktoranckie z Jane Coffin Childs Memorial Fund for Medical Research, Skaggs- Oxford Scholarship, Croucher Foundation i Howard Hughes Medical Institute.