Биофизики из МФТИ вместе с коллегами из Нидерландов показали механизм работы глутаматного транспортера из архей. Оказалось, что транспортный механизм напоминает лифт: «дверца» открывается — ионы и молекулы субстрата заходят, «дверца» закрывается — и они перемещаются через мембрану. Понимание этого механизма крайне важно для создания лекарств против шизофрении и других психических заболеваний.
Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.
Глутаминовая кислота в мозгу человека выполняет роль главного возбуждающего нейромедиатора, передающего сигналы между нейронами. Молекулы нейромедиатора передают нервный импульс между клетками нервной системы — нейронами. Нейроны соединены между собой особыми контактами — синапсами. Именно в них из передающего нейрона выделяются молекулы нейромедиатора, которые запускают возбуждение последующего нейрона в цепи. Чтобы избежать перестимуляции последующего нейрона и обеспечить прохождение нового нервного импульса, молекулы нейромедиатора должны быть немедленно удалены из синапса. Работу по удалению нейромедиатора глутамата из синапса осуществляют особые мембранные белки — глутаматные транспортеры.
Альберт Гуськов из МФТИ совместно с коллегами из Гронингена (Нидерланды) расшифровали трехмерную структуру глутаматного транспортера из архей, ближайшего белка-родственника глутаматного транспортера человека. Показано, что молекулы транспортера объединяются в тримеры. И, что более важно, расшифрован механизм работы данного белка. «С помощью этих структур мы наконец-то можем объяснить, как эти белки предотвращают нерегулируемое проникновение натрия в клетку, — объясняет профессор Гуськов, заведующий лабораторией структурной электронной микроскопии биологических систем МФТИ. — В транспортном домене по аналогии с лифтом есть дверь, и пока она открыта, лифт никуда не поедет. И только когда ионы натрия, а затем и субстрат (в данном случае аспартат) зайдут в лифт, дверь закроется и лифт поедет. То есть если зашли только ионы натрия, этого будет недостаточно для закрытия двери. Это делает транспорт очень эффективным, что особенно важно в случае человеческих белков — ведь там уже речь идет не о том, чтобы “скушать” аспартат, как в случае архей, а в переносе информации между нейронами». Знать все детали механизма работы белков из семейства глутаматных транспортеров крайне важно, так как их дисфункция у человека приводит к развитию шизофрении и других психических заболеваний.
Структура глутаматного транспортера была расшифрована учеными с помощью наиболее современного метода структурной биологии — криоэлектронной микроскопии. В данном методе молекулы белка замораживают, а далее фотографируют со всех сторон с помощью мощного электронного микроскопа. Сложные алгоритмы обработки изображений позволяют расшифровать трехмерную структуру белка, которая неразрывным образом связана с его функцией.