Микротрубочки постоянно помечаются белками в клетке, чтобы назначать им специальные функции, точно так же, как дороги маркируются для быстрого или медленного движения или для обслуживания. ТАТ покрывает определенные места внутри микротрубочек химическим веществом, называемым ацетильной группой. Как различные метки добавляются к сети клеточных микротрубочек, остается загадкой. Недавние результаты показали, что проблемы с маркировкой микротрубочек могут приводить к некоторым формам рака и расстройствам нервной системы, включая болезнь Альцгеймера, и были связаны с редким нарушением слепоты и синдромом Жубера, необычным нарушением развития мозга.
«Это первый раз, когда кто-то может заглянуть внутрь микротрубочек и уловить ТАТ в действии», — сказала Антонина Ролл-Мекак, доктор философии, исследователь Национального института неврологических расстройств и инсульта (NINDS), Bethesda, Мэриленд и руководитель исследования.Микротрубочки находятся во всех клетках организма. Они собраны как строительные блоки с использованием белка тубулина. Сначала создаются микротрубочки, выстраивая строительные блоки тубулина в длинные цепочки.
Затем струны выравниваются бок о бок, образуя лист. В конце концов лист становится достаточно широким и сжимается в цилиндр. Затем ТАТ связывает ацетильную группу с альфа-тубулином, субъединицей белка тубулина.
Некоторые микротрубочки недолговечны и могут быстро изменять длину, добавляя или удаляя кусочки тубулина на одном конце, тогда как другие остаются неизменными в течение более длительного времени. Признание разницы может помочь клеткам правильно функционировать. Например, клетки могут посылать груз по стабильным микротрубочкам и избегать перестраиваемых.
Клетки, по-видимому, используют различные химические метки для описания стабильности микротрубочек.«Наше исследование раскрывает, как ТАТ может помочь клеткам различать стабильные микротрубочки и те, которые находятся в стадии строительства», — сказал д-р Ролл-Мекак.
По словам доктора Ролл-Мекака, высокие уровни маркировки микротрубочек уникальны для нервных клеток и могут быть причиной того, что они имеют сложную форму, позволяющую им создавать сложные связи в головном мозге.На протяжении десятилетий ученые знали, что внутренности долгоживущих микротрубочек часто помечаются ацетильными группами с помощью ТАТ.
Изменения ацетилирования могут повлиять на здоровье нервных клеток. Некоторые исследования показали, что блокирование этой формы мечения микротрубочек приводит к нервным дефектам, аномалиям мозга или дегенерации нервных волокон.
С момента открытия ацетилирования микротрубочек ученые были озадачены тем, как ТАТ проникает внутрь микротрубочек и как происходит реакция мечения.Чтобы наблюдать за ТАТ в действии, доктор Ролл-Мекак и ее коллеги сняли видео с высоким разрешением отдельных молекул ТАТ, взаимодействующих с микротрубочками в реальном времени. Они увидели, что ТАТ проникает внутрь микротрубочек и, хотя он может быстро находить сайты ацетилирования, процесс добавления метки происходит очень медленно.
В общем, реакция на теги похожа на вставку ключей в замки: чем лучше подходит ключ, тем быстрее открывается замок. Точно так же скорость реакций определяется тем, насколько хорошо молекулы ТАТ приспосабливаются к сайтам мечения.
Команда доктора Ролл-Мекака исследовала эту идею, используя метод, называемый рентгеновской кристаллографией, чтобы посмотреть, как атомы на молекулах ТАТ взаимодействуют с сайтами ацетилирования на молекулах тубулина. Их результаты показали, что ТАТ плохо вписывается в сайты.«Похоже, что ТАТ может легко проходить через микротрубочки, обнаруживая сайты ацетилирования, но может маркировать только те, которые стабильны в течение более длительных периодов времени», — сказал д-р Ролл-Мекак.
Это может помочь клеткам идентифицировать микротрубочки, которые им нужны для быстрого изменения формы или отправки груза в другие места. Дальнейшие исследования могут помочь исследователям понять, как маркировка микротрубочек влияет на нервные клетки на здоровье и болезнь.