Мембраны, состоящие из липидного бислоя, определяют внешнюю поверхность ядерных клеток (плазматическую мембрану) и ограничивают жизненно важные органеллы внутри этих клеток, такие как митохондрии и ядра. Кривизна мембраны определяет трехмерную форму этих структур и, следовательно, является ключевым фактором в их соответствующих функциях. Кроме того, способность активно деформировать мембраны необходима для многих клеточных процессов. Используя сочетание экспериментального и теоретического подходов, исследовательские группы LMU во главе с проф.
Клаудиа Вейгель (Биомедицинский центр) и проф. Эрвин Фрей (Центр теоретической физики Арнольда Зоммерфельда), который также является членом Мюнхенского центра нанонауки (CeNS), продемонстрировал, что белки, называемые молекулярными моторами, непосредственно участвуют в контроле деформации мембраны.
Новые результаты опубликованы в онлайн-журнале Nature Communications.
Формирование и динамика кривизны мембраны является результатом сложного взаимодействия между множеством различных белков, в котором цитоскелет, с которым взаимодействуют молекулярные моторы, играет значительную роль. Моторные взаимодействия позволяют внутреннему скелету клетки динамически разрушаться локально и собирать новые конфигурации. Эти процессы, в свою очередь, косвенно воздействуют на цитоплазматическую мембрану.
Моторные белки перемещаются по различным филаментным системам, которые вместе составляют цитоскелет, транспортируя молекулярные грузы к месту назначения. Однако сами моторные белки также могут действовать как сигнальные молекулы. «Мы открыли совершенно новый тип функции для одного конкретного моторного белка, называемого миозином VI: этот мотор напрямую взаимодействует с компонентами плазматической мембраны и динамически изменяет свою форму», – говорит Лаешкир Вюртнер, первый автор исследования.
«Используя флуоресцентные маркеры и флуоресцентную микроскопию сверхвысокого разрешения, мы смогли экспериментально подтвердить, что миозин VI связывается непосредственно с мембраной. Комбинируя эти эксперименты с золотыми наночастицами треугольной формы, мы также обнаружили, что это взаимодействие происходит исключительно избирательно и тесно кооперативно – особенно в тех местах, где кривизна мембраны принимает седловидную форму.
Сайты связывания появляются в нанопорах, которые вызваны тепловыми флуктуациями. Когда молекулы миозина VI прикрепляются к этим участкам, они делают это в виде динамически изменчивого, похожего на цветок паттерна, который может достигать диаметров в несколько микрометров вокруг каждой поры.
В наших экспериментах окружность этих «цветов» растет с постоянной скоростью, которая прямо пропорциональна концентрации доступного миозина », – объясняет Вейгель.
Авторы исследования предполагают, что эта недавно открытая функция моторов на основе миозина участвует в важных клеточных процессах, таких как эндоцитоз и образование мембранных выступов. «Мы также разработали количественную теоретическую модель, которая правильно описывает белок-мембранное взаимодействие и результирующую динамику морфологии мембран», – говорит Фрей. «Мы считаем, что в ближайшем будущем наш новый анализ и модель, лежащая в его основе, помогут нам раскрыть другие механизмы деформации мембраны и выяснить универсальную роль кривизны мембраны в клеточной функции."