Yun-Wei Chiang, Milli Tsing Hua Universiteti

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilib , Robert Egan tərəfindən nəzərdən keçirilib

 Redaktorların qeydləri

 GIST

Tercih edilən mənbə kimi əlavə edin

Kimyəvi cəhətdən modifikasiya olunmuş membran zülallarının canlı hüceyrə görüntüləməsi və hüceyrədaxili DEER spektroskopiyası vasitəsilə sürətli funksional oxunuş üçün müxtəlif canlı hüceyrə membranlarına daxil edilməsinə imkan verən nanodisk əsaslı nano-çatdırılma iş axınının illüstrasiyası. Müəllif: Yun-Wei Chiang

Turşuluqdakı kiçik bir dəyişiklik ətrafımızdakı dünyanı dəyişdirə bilər. Bir az limon sıxılması yeməyin dadını dəyişdirir. Sirkə tərəvəzləri qoruyur. Mədə turşusu yeməyin parçalanmasına kömək edir. Bu tanış təsirlər kimyəvi qarşılıqlı təsirləri dəyişdirə bilən kiçik yüklü hissəciklərdən – protonlardan gəlir.

Milli Elmlər Akademiyasının Proceedings jurnalında dərc olunmuş bu yaxınlarda apardığımız araşdırmada protonların hüceyrə membranının içərisində gizlənmiş bir qapını da idarə edə biləcəyini aşkar etdik. Daha dəqiq desək, membran zülalının fərqli vəzifələri olan iki kiçik molekulyar qısqacdan istifadə edərək turşuluğu kalsium axınına çevirə biləcəyini aşkar etdik. Bir qısqac qapının nə vaxt açılacağına qərar verməyə kömək edir. Digəri isə qapı açıldıqdan sonra kalsiumun nə qədər asanlıqla keçdiyini idarə edir.

Turşuluq molekulyar siqnal kimi

Kalsium sümüklərdəki mineraldan daha çox şeydir. Hüceyrələrin içərisində kalsium bir siqnaldır. O, hüceyrələrin ünsiyyət qurmasına, stressə cavab verməsinə, hərəkət etməsinə, böyüməsinə və sağ qalıb-qalmayacağına qərar verməsinə kömək edir. Kalsium çox güclü olduğundan, hüceyrələr onun hərəkətini çox diqqətlə idarə etməlidirlər. Kalsiumun çox az axını vacib siqnalları zəiflədə bilər. Həddindən artıq çox olması stress və ya zərər yarada bilər.

Biz bu problemi BsYetJ adlı kalsium sızma kanalından istifadə edərək araşdırdıq. Bu zülal Bacillus subtilis-dən gəlir, lakin insanlarda tapılan zülallarla əlaqəli qədim membran zülalları ailəsinə aiddir. Bu TMBIM ailəsinin üzvləri kalsium balansında və hüceyrə stressi yollarında iştirak edirlər. Buna görə də BsYetJ bizə əsas sualı vermək üçün faydalı bir model təqdim etdi: Kiçik bir membran zülalı turşuluğu necə hiss edir və kalsiumun nə vaxt keçməli olduğuna qərar verir?

İki toka, iki iş

Bu suala cavab vermək üçün əvvəlcə süni lipid membranlarında fərdi BsYetJ zülalları vasitəsilə kalsium cərəyanlarını ölçdük. Bu, tək kanalların açılıb bağlanmasını izləməyə imkan verdi. Məhlulu daha turşu etdikdə, kanal daha tez-tez açılır və daha güclü kalsium axınına imkan verirdi. Daha sonra bu təsirləri hansı kimyəvi qrupların idarə etdiyini müəyyən etmək üçün zülaldakı seçilmiş amin turşularını dəyişdirdik.

Cavab bir qapı deyil, iki idi. Hər iki qapı duz körpüləridir və zülalın əks yüklü hissələri arasında cazibə qüvvələridir. Mən onları elektrostatik sıxaclar kimi düşünməyi xoşlayıram. Onlar kiçikdirlər, lakin zülalın formasına və davranışına güclü təsir göstərə bilərlər.

Birinci qapaq bir qapaq kimi fəaliyyət göstərir. Protonlar bu duz körpüsünü zəiflətdikdə, zülalın bir hissəsi hərəkət edir. Bu hərəkət kanalın açılma ehtimalını artırır. Başqa sözlə, bu qapaq qapının nə qədər tez-tez açıldığını idarə edir.

İkinci toka fərqli işləyir. Yolun kalsium giriş tərəfinin yaxınlığında yerləşir. Əsasən böyük açılış hərəkətini idarə etmir. Bunun əvəzinə, məsamə daxilindəki yerli elektrik mühitini tənzimləyir. Bu yerli kimya, yol açıldıqdan sonra kalsium ionlarının kanaldan nə qədər asanlıqla keçdiyini dəyişdirir.

Bu fərq kanal haqqında düşüncələrimizi dəyişdirdi. İon kanallarını sadəcə açıq və ya bağlı kimi təsvir etmək cazibədardır. Lakin nəticələrimiz daha incə bir mənzərə göstərdi. Bir molekulyar xüsusiyyət qapının nə qədər tez-tez açıldığını, digəri isə hər dəfə açıldıqda nə qədər trafikin keçdiyini idarə edə bilər.

Darvazanın hərəkətini izləmək

Daha sonra bu davranışın arxasındakı zülal hərəkətlərini görmək istədik. Bunun üçün tez-tez DEER adlanan ikiqat elektron-elektron rezonans spektroskopiyasından istifadə etdik. Bu metod bizə zülalın içərisində nanometr miqyaslı məsafələri ölçməyə imkan verdi. Ölçmələr göstərdi ki, protona həssas qapaq buraxıldıqda bir transmembran sarmalı yerdəyişir. Daha sonra qapalı və açıq vəziyyətlərin struktur modellərini qurmaq üçün bu məsafə ölçmələrini molekulyar modelləşdirmə və simulyasiyalarla birləşdirdik. Bu modellər zülalın içərisindən davamlı bir tunel aşkar etdi.

Əsas çətinlik hələ də qalmaqda idi. Süni membranlar güclü təcrübi sistemlərdir, lakin canlı hüceyrə membranları daha mürəkkəbdir. Buna görə də, eyni ikiqat mexanizmin canlı hüceyrələrdə işləyə biləcəyini soruşduq.

Qaydanı canlı hüceyrələrdə sınaqdan keçirmək

Bunu sınaqdan keçirmək üçün nanodisklərdən istifadə etdik. Bunlar təmizlənmiş membran zülallarını daşıya bilən kiçik lipid membran hissələridir. BsYetJ-ni nanodisklərə yığdıq və zülalları birbaşa məməli hüceyrə membranlarına çatdırdıq. Bu yanaşma, hüceyrələrdən genetik manipulyasiya yolu ilə bu zülalları istehsal etmələrini istəmədən müəyyən edilmiş zülal variantlarını sınaqdan keçirməyə imkan verdi.

Doğuşdan sonra, flüoresan görüntüləmədən istifadə edərək hüceyrələrdə kalsium səviyyələrini izlədik. Hüceyrə nəticələri süni membran təcrübələri ilə üst-üstə düşdü. Birinci qapağın pozulması daha tez-tez açılması ilə uyğun olaraq erkən kalsium reaksiyasını artırdı. İkinci qapağın pozulması daha güclü kalsium axınına səbəb oldu və bu da kalsium axınının artması ilə uyğun gəldi. Hər iki qapağın pozulması ən böyük təsirə səbəb oldu.

Gündəlik məlumat üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosdakı ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz bülletenimizə abunə olun və vacib olan nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklərdən xəbərdar olun .

Bizim üçün bu işin ən həyəcanverici hissəsi bioloji tənzimləmənin arxasındakı fiziki sadəlikdir. BsYetJ turşuluğa, yükə, membran mühitinə və ion qradiyentlərinə cavab verir. Bu əsas kimyəvi qüvvələrdən kalsium sızması üçün iki mərhələli idarəetmə sistemi qurur.

Bu, hər bir əlaqəli insan zülalının eyni molekulyar hissələrdən istifadə etdiyi anlamına gəlmir. Təkamül tez-tez detalları dəyişdirərkən faydalı bir prinsipi qoruyur. Lakin BsYetJ qədim membran-zülal ailəsinin kalsium hərəkətini idarə etmək üçün yerli elektrostatikadan necə istifadə edə biləcəyini göstərir.

Ən kiçik miqyasda bu hekayə iki duz körpüsü haqqındadır. Daha böyük miqyasda isə kimyanın necə bioloji nəzarətə çevrilməsi haqqındadır. Zülal bizim etdiyimiz kimi qərar vermir. O, qüvvələrə reaksiya verir. Lakin bu qüvvələrdən diqqətlə tənzimlənmiş bir qapı kimi davranan bir sistem ortaya çıxır: Bir qapaq kalsiumun nə vaxt daxil olacağına, digəri isə onun nə qədər sürətlə axacağına qərar verir.

Bu hekayə , tədqiqatçıların dərc olunmuş tədqiqat məqalələrindən əldə etdikləri nəticələri bildirə biləcəyi Science X Dialog -un bir hissəsidir . Science X Dialog haqqında məlumat və necə iştirak etmək barədə məlumat üçün bu səhifəyə daxil olun .

Nəşr detalları

Chu-Chun Cheng və digərləri, İkiqat duz körpüləri Bs YetJ-də ikiqat təbəqələr və canlı hüceyrələr arasında proton qapısını və kalsium sızmasını idarə edir, Milli Elmlər Akademiyasının materialları (2026). DOI: 10.1073/pnas.2536595123

Jurnal məlumatları: Milli Elmlər Akademiyasının materialları 

Əsas anlayışlar

bakteriyalarBiomolekulyar və subhüceyrəvi proseslərHüceyrə quruluşu, fiziologiyası və dinamikasıQarşılıqlı təsirlər və qüvvələrStruktur xüsusiyyətləriNəqliyyat hadisələri

Milli Tsinq Hua Universiteti tərəfindən təmin edilir