MIT-ingeniører viser, hvordan små celleproteiner genererer kraft til at 'gå'

En ny undersøgelse fra MIT-ingeniører afslører, hvordan en lille proteinmotor går langs en cellulær motorvej, bærer last og genererer kraft. Undersøgelsen, offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications, kan føre til nye måder at behandle sygdomme, der involverer motorisk proteinfejl.

Motorproteinet, kaldet kinesin-1, er ansvarlig for transport af vigtige laster gennem hele cellen. Den bevæger sig langs mikrotubuli, som er lange, tynde filamenter, der danner cellens cytoskelet. Kinesin-1 bruger energi fra ATP, cellens energivaluta, til at tage skridt langs mikrotubuli og bære sin last med sig.

MIT-teamet brugte en kombination af optisk pincet og enkelt-molekyle billeddannelse til at studere, hvordan kinesin-1 bevæger sig. De fandt ud af, at proteinet tager en "hånd-over-hånd" bevægelse ved at bruge det ene hoved til at binde sig til mikrotubuli, mens det andet hoved svinger fremad for at tage det næste skridt.

"Vi var i stand til at se det motoriske protein tage individuelle trin, hvilket er noget, der aldrig er set før," siger studieleder James Lockhart, en postdoc ved Institut for Biologisk Teknik. "Dette gjorde det muligt for os at få en detaljeret forståelse af, hvordan kinesin-1 genererer kraft."

Forskerne fandt ud af, at kinesin-1 genererer kraft ved at bøje nakken. Når nakken er bøjet, trækker den lasten fremad. Holdet identificerede også en specifik rest på halsen af ​​kinesin-1, der er afgørende for kraftgenerering.

"Denne rest er som en skralde," siger seniorforfatter Catherine D. Fuh, en lektor i biologisk ingeniørvidenskab. "Det tillader kinesin-1 at bevæge sig fremad langs mikrotubuli, men det forhindrer det i at bevæge sig bagud. Det er vigtigt, fordi det sikrer, at lasten transporteres i den rigtige retning."

Undersøgelsens resultater kan føre til nye måder at behandle sygdomme, der involverer motorproteinfejl. For eksempel er defekter i kinesin-1 blevet forbundet med neurodegenerative sygdomme som Alzheimers og Parkinsons. Ved at forstå, hvordan kinesin-1 virker, kan forskere muligvis udvikle lægemidler, der kan rette op på disse defekter og forbedre patientresultaterne.

"Vores undersøgelse giver en ny forståelse af, hvordan motorproteiner genererer kraft," siger Fuh. "Denne viden kan bruges til at udvikle nye behandlinger for en række sygdomme."

Yderligere oplysninger

Artiklen, "Single-molecule visualization of kinesin-1 stepping on microtubules," blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications den 11. juli 2019. Forskerholdet omfattede James Lockhart, Catherine D. Fuh og Michelle A. Kinney fra MIT; og John M. Scholey fra University of California, Davis.

Forskningen blev finansieret af National Institutes of Health og Muscular Dystrophy Association.