PspA играет ключевую роль в реакции на бактериальный стресс
Система белка фагового шока (Psp) была открыта у бактерий примерно 30 лет назад. В то время было установлено, что это реакция бактерий Escherichia coli на заражение специальными вирусами, называемыми бактериофагами.
Позже выяснилось, что его функция защиты клеточной мембраны превосходит специфический ответ на бактериофаговую инфекцию. Осмотический стресс, тепло, клеточные токсины или дефекты мембранной оболочки также могут вызвать стрессовую реакцию.
«Сегодня мы знаем, что система Psp активируется в ответ на многочисленные типы мембранного стресса. Однако некоторые молекулярные детали все еще остаются загадкой, – пояснил профессор Дирк Шнайдер, руководитель группы мембранных белков в JGU. «Вот почему мы решили поближе познакомиться с коровыми белками системы Psp.«Вместе со своей командой он недавно обнаружил, как представитель Psp IM30 образует защитную ковровую структуру на клеточной мембране, чтобы справляться с мембранным стрессом.
В своей новой работе ученые тщательно изучили белок фагового шока A (PspA), который играет ключевую роль в системе Psp. В частности, с помощью криоэлектронной микроскопии стало видно, как PspA образует длинные спиралевидные трубки, которые могут заключать биомембрану во внутреннюю полость. Изображения с высоким разрешением теперь впервые показывают, как PspA растворяет отдельные мембраны локально, а затем преобразует их в более крупные единицы или даже опосредует образование новых мембранных структур.
«Тысячи строительных блоков PspA могут быть собраны в большие спиральные конструкции. Поэтому они являются идеальным объектом исследования для нашего криоэлектронно-микроскопического структурного анализа », – сказал профессор Карстен Сакс из Forschungszentrum Julich и HHU Dusseldorf. Исследования проводились в Юлихе совместно с доктором. Бенедикт Юнглас, бывший докторант профессора Дирка Шнайдера из JGU.
В Центре микроскопии и спектроскопии с электронами Эрнста Руска (ER-C) Forschungszentrum Julich использует одни из самых мощных электронных микроскопов в Европе, а с недавнего времени – криомикроскопы для исследования биологических образцов, замороженных в мгновенном режиме.
PspA ремоделирует мембраны
Под микроскопом исследователи смогли распознать или, на жаргоне, «разрешить» структуру PspA. Структура белка важна для его функции, и дефект в структуре может нарушить функцию белка. «Под микроскопом мы поняли, что PspA имеет структуру, аналогичную белкам ESCRT-III, над которыми наша лаборатория уже работала.
Это стало полной неожиданностью и показало, насколько важно детальное выяснение белковых структур », – сказал Сакс. "Спустя миллиарды лет две группы белков генетически разошлись настолько, что их сходство можно было обнаружить только по их структуре."
Белки ESCRT-III обнаружены во всех живых организмах с истинным ядром клетки, включая клетки человека. Здесь белковые комплексы ESCRT-III участвуют в ремоделировании и восстановлении клеточной мембраны, но также играют ключевую роль в ряде других клеточных процессов.
У бактерий ранее не были известны белки семейства ESCRT-III. "Следовательно, PspA и ESCRT-III принадлежат к одной группе белков. Эти двое выполняют схожие задачи на мембранах внутри клеток », – сказал Шнайдер.
«Основываясь на схожих структурных и функциональных свойствах PspA и эукариотических белков ESCRT-III, мы идентифицировали PspA как бактериального члена эволюционно консервативного суперсемейства белков ремоделирования мембран ESCRT-III», – пишут авторы в своей статье для Cell.