Динамин состоит из спиральных волокон, которые обвиваются вокруг шейки пузырька, образующегося внутри мембраны. В присутствии GTP (молекула, которую можно рассматривать как биохимическое «топливо», поскольку она обеспечивает энергию) эти филаменты начинают скользить и тем самым сужают шейку везикулы. Чтобы получить подробное представление о механизме сужения, Михайлов и его коллеги использовали метод, называемый резонансным переносом энергии флуоресценции одиночных молекул (smFRET), который позволяет измерять расстояния в биомолекулах. Полученные данные показали, что возникают разные конформации филаментов динамина в зависимости от того, связаны ли они с ГТФ и его продуктами.
Эти различные конфигурации приводят к образованию по-разному ориентированных молекулярных «мостиков» между соседними витками катушки. Подача GTP и его гидролиз вызывают силовые удары в поперечных мостах и генерируют крутящий момент нити.
Затем ученые разработали вычислимую модель набора динаминовых волокон, обернутых вокруг выступа мембраны, фиксируя структурные изменения и их временные масштабы, наблюдаемые в измерениях smFRET. Мембрана была смоделирована как деформируемая цилиндрическая трубка, а волокна – как связки бусинок, соединенных с активными поперечными мостиками, питаемыми от GTP.
Моделирование показало, что совместное движение поперечных мостов создает достаточно большую силу, чтобы разрезать мембранную трубку.
Работа Михалова и его коллег количественно подтверждает модель “ сужение за трещоткой ” динаминовой наномышцы – самого мощного в природе двигателя, генерирующего крутящий момент.
Цитата исследователей: «Наше экспериментальное и вычислительное исследование представляет собой пример того, как можно подойти к коллективному двигательному действию в мегадальтонных молекулярных ансамблях и явно разрешить его."
Фон
Dynamin
Динамин относится к семейству биомолекул.
Классический динамин – это белок, играющий ключевую роль в эндоцитозе (процессе, посредством которого частицы попадают в клетку); молекула участвует в расщеплении везикул, образованных из клеточной мембраны. Другие молекулы из семейства динаминов имеют отношение к различным биологическим процессам, включая деление органелл и цитокинез (деление клеток). Александр Михайлов из Университета Канадзавы и его коллеги подробно изучили разделение пузырьков под действием динамина и подтвердили, что, когда динамин оборачивается вокруг фрагмента мембраны трубчатой клетки, он может сжимать его, что приводит к разрыву.
smFRET
Резонансный перенос энергии флуоресценции одиночных молекул (smFRET) – это метод, используемый для измерения расстояний в нанометровом диапазоне в отдельных молекулах, обычно биомолекулах. smFRET – это применение FRET в одной молекуле; FRET – это процесс передачи энергии между двумя хромофорами (молекулами, чувствительными к свету). Эффективность передачи энергии обратно пропорциональна шестой степени расстояния между хромофорными частями, что делает метод FRET очень чувствительным к изменениям расстояния.
Михайлов и его коллеги использовали smFRET для получения информации о структуре и конформационных изменениях динамина, что стало важным шагом в раскрытии механизма сжатия, с помощью которого динамин может отрезать везикулы от клеточной мембраны.