Forskere løser mysteriet om, hvordan det største cellulære motorprotein driver bevægelse

Forskere har endelig afsløret mysteriet bag, hvordan kinesin-1, det største motorprotein i celler, omdanner kemisk energi til mekanisk arbejde for at transportere laster langs mikrotubuli, de cellulære motorveje. Denne banebrydende forskning, offentliggjort i det prestigefyldte tidsskrift Nature, kaster lys over de indviklede molekylære mekanismer, der driver intracellulær transport, en proces, der er afgørende for at opretholde cellernes sundhed og korrekte funktion.

Kinesin-1 er ansvarlig for transport af forskellige laster, såsom organeller og vesikler, langs mikrotubuli, lange cylindriske proteinstrukturer, der udgør en del af cytoskelettet. Defekter i kinesin-1-funktionen er blevet forbundet med adskillige neurodegenerative sygdomme, herunder ALS og Alzheimers, hvilket understreger vigtigheden af ​​at forstå dens præcise mekanisme.

Ved at bruge en kombination af kryo-elektronmikroskopi, biokemiske assays og beregningsmodellering har et internationalt team af forskere ledet af Dr. Rebecca Wade ved University of Oxford og Dr. Michael Cianfrocco ved Max Planck Institute of Biochemistry dechifreret kinesinets strukturelle dynamik. -1, da den gennemgår en række konformationelle ændringer under transportprocessen.

Undersøgelsen afslørede, at kinesin-1 består af to identiske motoriske domæner, der hver indeholder et "hoved" og en "hals". Disse motoriske domæner arbejder sammen på en hånd-over-hånd måde, hvor det ene hoved binder til en mikrotubuli, mens det andet frigiver, hvilket tillader proteinet at bevæge sig fremad.

Forskerne identificerede et centralt strukturelt element kaldet "halslinkeren", som fungerer som en molekylær switch. Når ATP, den cellulære energivaluta, binder til det motoriske domæne, udløser det konformationelle ændringer i nakkelinkeren, hvilket får hovedet til at løsne sig fra mikrotubuli. Dette gør det muligt for det andet hoved at binde og gentage processen, hvilket resulterer i kontinuerlig bevægelse.

"Vi har fanget de præcise strukturelle ændringer, der opstår under kinesin-1 stepping-cyklussen, hvilket giver en detaljeret forståelse af, hvordan denne molekylære motor omdanner kemisk energi til mekanisk arbejde," forklarer Dr. Wade. "Denne viden baner vejen for fremtidige undersøgelser, der udforsker reguleringen af ​​kinesin-1 og dets potentielle terapeutiske implikationer i sygdomme forbundet med dets funktionsfejl."

Resultaterne fra denne forskning uddyber ikke kun vores forståelse af fundamentale cellulære processer, men tilbyder også nye veje til at udvikle behandlinger rettet mod motorproteindysfunktioner, hvilket kan føre til nye terapeutiske strategier for en række neurodegenerative lidelser.