Дослідники вперше спостерігали, як працює білок, який доставляє корисні речовини в клітини і виводить токсини.
Дослідники з Колумбійського університету вивчили роботу мембранного білка lrp2, що зустрічається в клітинах нирок і мозку людини і відповідає за транспорт речовин. Аналіз показав, як крихітному білку вдається подолати багато клітинних мембран, щоб доставити свій вантаж. Результати дослідження відкривають нові фармацевтичні підходи для лікування хронічної хвороби нирок, хвороби Альцгеймера та інших захворювань.
Як правило, LRP2 знаходиться на поверхні клітинної мембрани, чекаючи можливості зловити молекулу, що проходить повз. Після зв’язування білка з молекулою клітина поглинає частину своєї поверхні, що містить білок, утворюючи внутрішній міхур, який називається ендосомою. Потім LRP2 вивільняє молекулу всередині клітини, і ендосома переносить білок назад на поверхню.
Принцип роботи білка LRP2 всередині і поза клітини. Анімація: A. Fitzpatrick, a Beenken, L. Shapiro, Columbia’s Zuckerman Institute
Щоб зрозуміти, як працює ця «пара», дослідники зібрали зразки білка LRP2 з 500 нирок мишей. Вони помістили частину білка в розчин з рівнем pH 7,5, що відповідає позаклітинному простору, а частина — в розчин, що імітує ендосоми, з pH 5,2. За допомогою кріоелектронного мікроскопа вони зробили знімки білків, а потім з’єднали їх разом на комп’ютері, створивши тривимірні карти білка як у відкритих, так і в закритих утвореннях.
Тривимірна модель показує, що білок трансформується з більш відкритої структури при майже нейтральному рівні рН поза клітиною в зім’яту форму при кислому рН всередині клітини. Ці зміни форми дозволяють lrp2 захоплювати молекули зовні клітини і вивільняти їх всередині неї. Дослідники припускають, що заряджені атоми кальцію утримують білок відкритим при позаклітинному рН. Але коли рН падає через надходження іонів водню в ендосому, останні витісняють кальцій, змушуючи білок скорочуватися.
Відкритий і закритий стан білка LRP2. Зображення: Andrew Beenken et al., Cell
Коли білки LRP2 не містять мутацій, їм вдається підтримувати молекулярний баланс, наприклад, у крові та тканинах мозку, зазначають автори дослідження. Але коли у величезній молекулярній анатомії LRP є навіть крихітні зміни, ці білки сприяють розвитку захворювань.
Порушення в роботі білка в нирках можуть викликати хронічну хворобу нирок, синдром Донне-Барроу і ряд смертельних нефрологічних станів у новонароджених. Порушення в мозку сприяє розвитку хвороби Альцгеймера. Розуміння того, як працює цей складний молекулярний механізм допоможе в лікуванні різних захворювань, вважають вчені.