Бактериальные порообразователи дают мощный результат, по одной молекуле за раз

Apr 30, 2023

Используя новую методику одиночных молекул, разработанную в Университете Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее, австралийские исследователиполучили молекулярное пониманиео том, как бактериальные белки проникают через мембраны клеток млекопитающих.

Организмы из всех сфер жизни вооружены специализированными наборами пробивающих белки, используемых для атаки на клетки других организмов. Иммунные клетки млекопитающих используют порообразующие белки для уничтожения раковых или инфицированных клеток. Бактерии и другие патогены используют эти белки для лизиса или проникновения в клетки-хозяева. Но до сих пор у исследователей не было четкого представления о том, как именно отдельные белковые молекулы собираются вместе, образуя эти поры.

Исследователи из Австралийского центра EMBL по изучению одиночных молекул UNSW Medicine & Health разработали метод микроскопии одиночных молекул для исследования этого процесса. Вместе с сотрудниками из университетов Монаша и Мельбурна они проследили путь образования пор бактериальным белком, нацеленным на клетки млекопитающих, под названием перфринголизин О. Молекулярные детали того, как этот белковый комплекс собирается на поверхности плазматических мембран, вплоть до момента, когда оно открывает поры, теперь опубликовано в журнале eLife.

«Наш метод микроскопии одиночных молекул позволяет нам отслеживать сборку отдельных пор. Таким образом, мы смогли определить важные этапы этого пути, чтобы найти слабые места и потенциальные возможности для вмешательства», — сказал медицинский исследователь UNSW доцент Тилль Бёкинг, который возглавил исследовательскую группу.

Определение ключевых этапов этого пути сборки позволит ученым разработать новые стратегии, нацеленные на определенные стадии порообразования, с целью модуляции их активности в отношении иммунитета и инфекции.

Используя очищенные белки и липосомы в качестве простой модельной системы целевой мембраны, исследователи смогли увидеть, когда образовались поры. Нагружая липосомы флуоресцентным красителем, Бёкинг и его команда смогли определить точное время открытия пор и высвобождения красителя.

Их эксперименты показали, что как только две молекулы связываются вместе на мембране, это стабильное взаимодействие запускает процесс добавления большего количества порообразующих белков для завершения кольца. Они также заметили, что поры могли открыться еще до завершения строительства колец; образованная дуга, состоящая всего из четырех молекул, может создать отверстие в поре.

«Основной вывод заключается в том, что это очень эффективные машины для пробивания отверстий, которые эволюционировали, чтобы образовывать поры в самых разных обстоятельствах. Мы надеемся, что понимание того, что условия на самом деле диктуют путь сборки, заставит людей переосмыслить то, как они проводят свои эксперименты. ", - сказал Бёкинг.

Основываясь на своих выводах, исследователи предполагают, что механизм, который они наблюдали с перфринголизином О, может быть схожим и для других членов этого семейства порообразующих белков, называемых холестерин-зависимыми цитолизинами, но это еще предстоит проверить.

Бёкинг считает, что этот новый метод с использованием одиночных молекул может дать важное представление о том, как действуют другие порообразующие белки.

«Это мощный метод, поскольку он обладает разрешением и чувствительностью, позволяющими отслеживать весь этот процесс в режиме реального времени. Благодаря этому подходу мы можем визуализировать его этапы и динамику, что трудно сделать с помощью других методов», — сказал он.

- Этот пресс-релиз предоставлен Университетом Нового Южного Уэльса.