Vědci odhalili, jak se proteiny dostávají do buněčných membrán: Překvapivá podobnost mezi bakteriemi a vyššími buňkami

Vědci z Heinrich-Heine University Düsseldorf (HHU) ve spolupráci s kolegy z Ludwig Maximilian University (LMU) v Mnichově analyzovali složité biochemické procesy, které bakterie využívají k vkládání proteinů do svých buněčných membrán.

Vědci z Heinrich-Heine University Düsseldorf (HHU) ve spolupráci s kolegy z Ludwig Maximilian University (LMU) v Mnichově analyzovali složité biochemické procesy, které bakterie využívají k vkládání proteinů do svých buněčných membrán. Jejich zjištění vyvracejí dřívější předpoklady a ukazují, že mezi těmito procesy u bakterií a vyšších buněk existuje více podobností, než se dosud myslelo.

Buněčná membrána obsahuje velké množství proteinů, které plní širokou škálu funkcí. Některé slouží jako transportní kanály, které specificky navádějí látky do buňky nebo z ní vynášejí buněčné produkty. Jiné jsou receptory, které detekují kontrolní signály a spouštějí procesy v buňce. Tyto proteiny jsou složeny do komplexních trojrozměrných struktur, přičemž jejich specifická forma je pro funkci proteinu zásadní. Dlouho nezodpovězenou otázkou pro výzkumníky bylo, jak se proteiny vyráběné ribozomy – „továrnami“ buněk – v buněčném nitru dostávají na své místo v membráně ve správné formě a kdy se tyto procesy ustálily v průběhu evoluce. Profesor Dr. Alexej Kedrov, vedoucí skupiny Synthetic Membrane Systems na HHU, vysvětlil, že prostředí uvnitř buňky se velmi liší od prostředí membrány. Ve vodním prostředí uvnitř buňky by se hydrofobní proteiny shlukovaly s jinými molekulami, než by se mohly dostat na své cílové místo. Proto jsou nezbytné speciální mechanismy vkládání.

Nově vznikající proteiny jsou transportovány z ribozomů k membráně. V dalším kroku jsou do membrány vloženy speciálními enzymy zvanými „insertázy“, mezi něž patří takzvaný Sec translocon a pomocné proteiny, jako je YidC. Teprve tam dosáhnou svého konečného složeného stavu. Dosud se předpokládalo, že vkládání probíhá výhradně otvorem v transloconu – takzvanou „laterální bránou“. To se však nepodařilo potvrdit zobrazovacími metodami. V nejnovějších studiích na eukaryotech (vyšších buňkách s jádrem) byla nyní pozorována alternativní cesta do membrány, kde jsou membránové proteiny vkládány přes zadní část transloconu („back-of-Sec“).

Tým profesora Kedrova ve studii publikované v The EMBO Journal zkoumal strukturu a proces vkládání proteinů v bakteriálních buňkách, takzvaných prokaryotech. Cílem bylo zjistit, zda se nově popsaný mechanismus, dosud pozorovaný pouze u vyšších organismů, vyskytuje i u bakterií. K zodpovězení této otázky byly na HHU vytvořeny komplexy ribozom-membránových proteinů a jejich struktura byla následně určena na LMU Mnichov pomocí kryoelektronové mikroskopie. Vědci v Düsseldorfu poté na základě těchto dat dekódovali jejich funkčnost.

Max Busch, doktorand ve skupině profesora Kedrova a hlavní autor studie, uvedl, že se jim poprvé podařilo ukázat kompletní cestu od nově vznikajících membránových proteinů v ribozomu až po jejich vložení do membrány. Zároveň pozorovali, kdy se tvoří trojrozměrné složené struktury proteinů. Tato zjištění umožňují lepší pochopení procesů skládání membránových proteinů a jejich evolučního vývoje. Profesor Kedrov dodal, že podobný proces je znám i u jiných organismů, jako jsou kvasinky. Díky tomu lze odvodit, kdy se tento proces ustálil během vývoje živých organismů a byl zachován v průběhu historie. Dalším cílem Kedrovovy skupiny je na základě získaných poznatků dále a podrobněji zkoumat vkládání membránových proteinů, se zvláštním zaměřením na objasnění role dalších zapojených proteinů.