Forskning bryder ny vej i forståelsen af, hvordan en molekylær motor genererer kraft

Forfattere:

[Forskerteam]

Abstrakt:

Molekylære motorer, såsom myosin V, spiller en afgørende rolle i forskellige cellulære processer ved at omdanne kemisk energi til mekanisk arbejde. Mens den generelle mekanisme for myosin V's kraftgenererende funktion er kendt, forbliver de præcise molekylære detaljer uhåndgribelige. Her bruger vi en kombination af enkeltmolekyle-eksperimenter og beregningsmodellering for at få ny indsigt i mekanikken i myosin V-kraftgenerering.

1. Enkeltmolekyleeksperimenter:

-Udviklede et nyt enkeltmolekyle-assay til direkte at måle kraftoutputtet af individuelle myosin V-molekyler, når de bevæger sig langs aktinfilamenter.

-Observerede distinkte kraftprofiler under stepping- og løsrivelseshændelser, hvilket giver ny information om energilandskabet i myosin V's bevægelse.

2. Computational Modeling:

-Konstrueret en detaljeret beregningsmodel af myosin V's katalytiske hoveddomæne, der inkorporerer strukturelle data og eksperimentelle observationer.

-Simuleringer afslørede den allosteriske kobling mellem nukleotidbinding, kraftslag og armbevægelse, hvilket fremhævede det molekylære grundlag for kraftgenerering.

3. Strukturanalyse:

-Udførte mutageneseundersøgelser og opnåede højopløsnings kryo-elektronmikroskopistrukturer af myosin V, der fangede forskellige konformationelle tilstande under kraftgenereringscyklussen.

-Identificeret vigtige strukturelle ændringer i vægtstangs- og konverterdomænerne, der bidrager til den kraftgenererende mekanisme.

4. Mekanistisk indsigt:

- Integrerede eksperimentelle og beregningsmæssige fund for at foreslå en raffineret model af myosin V-kraftgenereringscyklussen, der viser, hvordan bevægelse af løftestangsarme er koblet til konformationelle ændringer og nukleotidhydrolyse.

-Demonstreret, at den energi, der frigives fra nukleotidbinding, bevægelse af løftestangsarme og omlejring af konverterdomæne, kollektivt bidrager til generering af kraft.

Vores arbejde repræsenterer betydelige fremskridt i forståelsen af ​​de molekylære mekanismer, der ligger til grund for kraftgenerering af myosin V. Disse resultater kan generalisere til andre medlemmer af myosin-superfamilien og bidrage til udviklingen af ​​nye terapeutiske strategier rettet mod motoriske dysfunktioner.