Naujai atrasti baltymai tinklainės lazdelių ląstelėse padeda mums matyti prietemoje

Naujai atrasti baltymai tinklainės lazdelių ląstelėse padeda mums matyti prietemoje

Kreditas: Unsplash / CC0 viešasis domenas

PSI mokslininkai sutelkė dėmesį į svarbų akies elementą: tinklainės lazdelių ląstelėse esantį baltymą, kuris padeda mums matyti prietemoje. Veikdamas kaip jonų kanalas ląstelės membranoje, baltymas yra atsakingas už optinių signalų perdavimą iš akių į smegenis. Jei genetinis sutrikimas sutrikdo žmogaus molekulinę funkciją, jis apaks. Mokslininkai iššifravo trijų matmenų baltymų struktūrą, atverdami kelią naujoviškiems gydymo metodams. Tyrimas buvo paskelbtas mokslo žurnale Gamta yra struktūrinė ir molekulinė biologija.

„Dėka mūsų akyse esančių lazdelių ląstelių, galime stebėti žvaigždes naktiniame danguje“, – aiškino PSI biomolekulinės laboratorijos biologas Jacopo Marino. „Šie fotoelementai yra tokie jautrūs šviesai, kad gali aptikti net vieną fotoną, pasiekiantį mus iš labai atokios visatos vietos – tai tikrai neįtikėtinas žygdarbis. Mūsų smegenų gebėjimas galiausiai paversti šiuos šviesos spindulius vaizdiniu atspaudu iš dalies slypi cikliniuose nukleotidų valdomuose (CNG) jonų kanaluose, kurių trimatę struktūrą dabar apšvietė PSI tyrimų grupė, vadovaujama Jacopo Marino.

Jonų kanalas veikia kaip vartų sargas, kuris kontroliuoja, ar konkrečioms dalelėms leidžiama patekti į receptorių ląstelę. Jis yra įterptas į daug baltymų turinčių apvalkalo-lazdelių ląstelių membraną. Tamsoje jonų kanalas, taigi ir ląstelės vartai, lieka visiškai atviri. Tačiau kai šviesa patenka į akį, strypo ląstelėje ji sukelia procesų kaskadą. Tai galiausiai uždaro vartus, todėl teigiamai įkrautos dalelės, tokios kaip kalcio jonai, nebegali patekti į ląstelę.

Šie elektrocheminiai signalai per nervines ląsteles nukeliauja į regimąją smegenų žievę, kur susidaro į regimąjį atspaudą panašus šviesos blyksnis. „Idėja išspręsti kanalo struktūrą kilo maždaug prieš 20 metų, kai jau bendradarbiavo Gebardas Shuttleris ir Benjaminas Kaup“, – sakė Jacopo Marino. Abu yra naujojo tyrimo bendraautoriai.

Kantrybė atsiperka

Ph.D. Studentė Diane Barrett pirmiausia turėjo iš karvės akies išskirti kanalo baltymą, kuris buvo tiekiamas iš tvarto – sudėtingas ir sunkus procesas. „Tai buvo labai sudėtinga užduotis, nes baltymas yra labai jautrus ir labai greitai suyra. Be to, žaliavinėje medžiagoje jo randama tik nedideliais kiekiais“, – paaiškino Barrettas. Prireikė dvejų metų, kad gautų pakankamai baltymų. „Mes abu buvome per daug užsispyrę, kad pasiduotume“, – šypsodamasis sakė Jacopo Marino. – Bet galiausiai tas užsispyrimas pasiteisino.

Tada mokslininkai naudojo krioelektroninę mikroskopiją, kad atskleistų trimatę jonų kanalų struktūrą. „Skirtingai nei ankstesni jonų kanalo struktūros tyrimai, mes ištyrėme natūralų baltymą, nes jis egzistuoja akyje. Taigi esame daug arčiau realybės, kuri egzistuoja gyvuose organizmuose“, – sakė Diane Barrett.

Viena iš svarbių priežasčių, kodėl reikia aiškiai suprasti natūralią kanalų baltymų struktūrą, yra genetinių sutrikimų, kuriems nėra žinomo gydymo, pavyzdžiui, pigmentinio retinito, gydymo tobulinimas. Sergant šia liga, fotoreceptoriai lėtai miršta, todėl žmonės apakina. Viena iš galimų priežasčių yra ta, kad organizmas negali tinkamai gaminti CNG kanalų baltymų dėl genetinių defektų. Dėl to jonų kanalas visiškai neužsidaro veikiamas šviesos, sutrikdo ląstelės elektrocheminę pusiausvyrą ir sukelia ląstelių mirtį.

„Jei galime rasti molekulių, kurios veikia baltymus taip, kad kanalas visiškai užsidarytų, galime neleisti ląstelėms žūti – ir taip sustabdyti žmonių apakimą“, – aiškina Jacopo Marino. Dabar, kai mokslininkai nustatė tikslią baltymų struktūrą, jie gali specialiai ieškoti tokių molekulių.

Papildomos kliūtys

Baltymai susideda iš keturių dalių: trijų gausių subvienetų A ir vieno gausaus subvieneto B. Tinkamai veikiantis jonų kanalas įmanomas tik tokiu deriniu. Savo tyrime PSI mokslininkai parodė, kodėl B subvienetai atlieka tokį svarbų vaidmenį: viena šoninė baltymo šaka – viena aminorūgštis – iš likusio baltymo atsiranda kaip barjeras per vartus. Tai suspaudžia kanalo praėjimą iki taško, kuriame jonai negali praeiti.

„Niekas to nesitikėjo – tai buvo nuostabu“, – sakė Diane Barrett. Kitos siauros erdvės jau yra A subvienete, pavyzdžiui, pagrindinis įėjimas, kuris anksčiau buvo laikomas vieninteliu. Įdomu pastebėti, kad papildomas barjeras randamas ne tik karvės akies baltymuose, bet mokslininkai įrodė, kad jis tinka visų rūšių gyvūnams. Nesvarbu, ar tai krokodilai, ereliai ar žmonės – visų gyvų būtybių baltymuose, įskaitant jų akių jonų kanalus, šioje padėtyje yra tų pačių išplėstų aminorūgščių. Kadangi evoliucijos metu jis buvo nuolat saugomas, jis turi būti būtinas kanalo funkcionalumui.


Ieškome naujų kalio kanalų, skirtų selektyviai kovoti su kenkėjais


Daugiau informacijos:
Diane CA Barrett ir kt., vietinių CNGA1 / CNGB1 CNG kanalų susidarymas iš galvijų tinklainės lazdelės, Gamta yra struktūrinė ir molekulinė biologija (2021). DOI: 10.1038 / s41594-021-00700-8

Galima įsigyti Paulo Scherrero instituto

Citatos: naujai atrasti baltymai tinklainės lazdelių ląstelėse padeda mums matyti prietemoje (2022 m. sausio mėn., 2022 m.). retina.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Jokia šios svetainės dalis negali būti atkuriama be mūsų raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *