Исследователи из Медицинской школы Университета Пенсильвании обнаружили, что белки, несущие химический груз в нервных клетках, по-разному реагируют на воздействие тау-белка, который играет важную роль в болезни Альцгеймера.
Белки динеин и кинезин транспортируют клеточный груз к противоположным концам дорожек, называемых микротрубочками. Группа обнаружила, что тау связывается с поверхностью микротрубочек и действует как лежачий полицейский, регулируя трафик белка. «Но это умный« лежачий полицейский », потому что он в разной степени препятствует работе этих различных моторных белков», – объясняет первый автор Рам Диксит, доктор философии, научный сотрудник лаборатории старшего автора Эрики Хольцбаур, доктора философии, профессора физиологии.
«Наши результаты показывают механизм регулирования транспорта питательных веществ, сигнальных молекул и ненужных белков по аксону нервной клетки», – говорит Диксит. «Нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера, возникают, когда части этой системы доставки выходят из строя.”
Транспорт, осуществляемый динеином и кинезином, необходим для непрерывной доставки новых белков в аксон и синапс для поддержания нормальной клеточной функции, а также для удаления старых, неправильно свернутых или агрегированных белков для деградации. Не менее важно, что этот транспорт необходим для перемещения других белков из синапса нервных клеток обратно в тело клетки, что также необходимо для поддержания здоровья нейронов.
В нейронах микротрубочки обильно украшены тау-белком. Динеин и кинезин сталкиваются с молекулами тау на своем пути по микротрубочкам. Группа Пенна обнаружила, что динеин, переносящий грузы внутрь клетки, маневрирует вокруг тау; тогда как кинезин, который переносит нагрузки наружу клетки, отделяется при встрече с тау-белком.
Эти результаты появятся в Интернете 17 января в журнале Science перед публикацией в печати.
Индивидуальные маневры динеина и кинезина при столкновении с тау позволяют клетке выгружать груз, куда ему нужно, с точной настройкой. «Тау может определять, где кинезин разгружает груз по дорожкам микротрубочек, которые излучаются на поверхность клетки из центра», – говорит Хольцбаур. «И способность dynein отступать и уходить, когда он сталкивается с препятствием, таким как тау, может быть механизмом, гарантирующим, что он попадет в центр ячейки со своим важным грузом.”
Группа провела исследования с использованием отдельных молекул, движущихся по украшенной тау-микротрубочкой, чтобы определить влияние тау на движение динеина и кинезина. Мутации в молекулярных моторах, таких как динеин и кинезин, могут привести к дегенерации нейронов. Эти мутации, например, снижают эффективность динеина и кинезина. Эта проблема может привести к накоплению неправильно свернутых белков в клетке, что, в свою очередь, может привести к дегенерации нейрона.
«Все чаще говорят о том, что дефекты транспорта тесно связаны с нейродегенерацией», – говорит Хольцбаур. «При болезни Альцгеймера уже было показано изменение в распределении тау-белка по микротрубочкам. Вместо того, чтобы кинезин перемещал свой груз ближе к внешней поверхности клетки, тау накапливается в теле клетки, а груз кинезина из вновь синтезированных белков выпадает раньше, а не на поверхность клетки, что вызывает проблемы. Наши выводы объясняют, как это может произойти.”
Источник: Пенсильванский университет