Vedci našli „brzdu“ proteínu spojeného s Parkinsonovou chorobou. Po prvý raz ukázali, čo blokuje jeho aktivitu
Vedci z Yale odhalili, ako proteíny VPS13A a VPS13C presúvajú tukové molekuly medzi bunkovými membránami. Porucha VPS13C pritom súvisí s Parkinsonovou chorobou a môže ukázať nový smer budúcej liečby.
Bunky sú rozdelené na množstvo menších častí, ktoré od seba oddeľujú membrány tvorené najmä lipidmi. Väčšina týchto molekúl vzniká v endoplazmatickom retikule, no bunka ich potrebuje aj na úplne iných miestach. Výskumníci z Yale School of Medicine teraz detailne opísali dva proteíny, ktoré pomáhajú lipidy medzi membránami presúvať a ktorých poruchy sú spojené s neurodegeneratívnymi ochoreniami vrátane Parkinsonovej choroby.
Bunky si medzi membránami vytvárajú priame „mosty“ pre lipidy
Jedným zo známych spôsobov transportu sú vezikuly, malé membránové vačky, ktoré sa oddelia od jednej membrány a splynú s druhou. Lipidy sa však dokážu presúvať aj bez nich. Proteíny z rodiny VPS13 vytvárajú medzi blízkymi membránami dlhé štruktúry pripomínajúce most.
Vo vnútri majú hydrofóbny kanál, ktorým môžu lipidy prechádzať medzi organelami. Tím z Yale sa teraz pozrel na dva členy tejto rodiny oveľa podrobnejšie. Výsledky publikoval v časopisoch Cell a Molecular Cell.
Vedci použili kryogénnu elektrónovú mikroskopiu, známu ako cryo-EM, ktorá umožňuje zobraziť štruktúru proteínov s rozlíšením blížiacim sa úrovni jednotlivých atómov. Experimentálne dáta doplnil tím Stefana Vanniho z Univerzity vo Fribourgu počítačovými simuláciami. Tie ukázali, ako by sa lipidy mohli dostať z kanála VPS13A priamo do membrány.
VPS13A nestačí lipidy len dopraviť. Membrána ich musí správne rozložiť
Prvá štúdia sa zamerala na VPS13A. Mutácie génu, ktorý tento proteín kóduje, spôsobujú chorobu VPS13A, v minulosti známu ako chorea-akantocytóza. Pacienti môžu trpieť mimovoľnými pohybmi a typickým znakom sú aj nezvyčajne tvarované červené krvinky.
Neprehliadni
Výskumníci zachytili VPS13A v komplexe s membránovým proteínom XK. Poloha oboch proteínov zodpovedala stavu, v ktorom môže prebiehať transport lipidov. Samotný cryo-EM experiment však nezobrazil lipidy pri prechode do skutočnej bunkovej membrány. XK sa počas merania nachádzal v detergentovej micele, ktorá membránové prostredie iba napodobňuje.
Molekulárne simulácie následne ukázali, že takéto usporiadanie umožňuje lipidom opustiť VPS13A a dostať sa priamo do cytosolickej vrstvy membrány. VPS13A sa pritom cez svoju PH doménu viaže na XK a koniec jeho kanála sa dostane tesne k membráne.
Tým sa však transport nekončí. Membrána má dve vrstvy a lipidy spočiatku pribúdajú iba do jednej z nich. XK funguje ako scrambláza a dokáže ich presúvať medzi oboma stranami dvojvrstvy. Bez tohto kroku by sa jedna vrstva zväčšovala rýchlejšie a membrána by sa deformovala.
„Je to nevyhnutné – nemôžete dodávať lipidy len do jednej vrstvy, lebo by ste mali dve nerovnako veľké vrstvy,“ vysvetľuje spoluautorka štúdie Karin Reinischová z Yale School of Medicine.
Mutácie samotného XK sú takisto spojené s ochorením nervového systému. Spôsobujú McLeodov syndróm, ktorý má niektoré prejavy podobné chorobe VPS13A.
VPS13C má vlastnú poistku, ktorá blokuje transport lipidov
Druhá práca skúmala VPS13C, proteín spojený s Parkinsonovou chorobou. Predchádzajúci výskum De Camilliho laboratória ukázal, že pri poškodení lyzozómovej membrány sa VPS13C presúva k miestam, kde je lyzozóm v tesnom kontakte s endoplazmatickým retikulom. Odtiaľ môže do poškodenej membrány privádzať nové lipidy.
Lyzozómy rozkladajú poškodené bielkoviny a ďalší materiál, ktorý bunka nepotrebuje. Ich obsah preto musí zostať uzavretý. Poškodenie membrány môže viesť k úniku látok do bunky a poruchy lyzozómov sa spájajú aj s mechanizmami skúmanými pri Parkinsonovej chorobe.
VPS13C vedci tentoraz zachytili v autoinhibovanom stave. Jeho VAB doména ležala nad koncom lipidového kanála a spolu s časťou C-koncovej oblasti blokovala miesto, ktorým by mali lipidy proteín opustiť.
Aby mohol VPS13C lipidy prenášať, táto časť sa musí prestavať. VAB doména sa posunie nabok a koniec kanála sa uvoľní. Pri VPS13A vedci pozorovali práve takúto otvorenú polohu. Dve štúdie tak zachytili veľmi podobné proteíny v dvoch odlišných stavoch – jednom, ktorý transport blokuje, a druhom, ktorý ho umožňuje.
Nie je ešte jasné, čo VPS13C v bunke otvorí. Autori predpokladajú, že úlohu môže mať samotné poškodenie lyzozómovej membrány. Amfipatické helixy VPS13C sa môžu vložiť do narušenej membrány a VAB doména sa zároveň môže naviazať na proteín Rab7. Táto kombinácia by mohla pomôcť proteín prestaviť do aktívnej polohy, no vedci zatiaľ hovoria o modeli, ktorý treba ďalej overiť.
Vápnik môže rozhodovať o tom, kedy sa VPS13C aktivuje
Pri VPS13C výskumníci identifikovali aj kalmodulín, označovaný ako CaM. Tento proteín reaguje na zmeny koncentrácie vápnika v bunke a podieľa sa na prenose množstva vnútrobunkových signálov.
Kalmodulín sa na VPS13C viaže stabilne. Podobnú interakciu vedci našli aj pri VPS13A a VPS13D, nie však pri VPS13B. Keď sa zmenila koncentrácia vápnika, zmenil sa aj tvar komplexu VPS13C-kalmodulín. Vápnik preto môže mať vplyv na aktivitu VPS13C alebo na množstvo lipidov, ktoré cez proteín prechádzajú. Výsledky však zatiaľ neukazujú, že by vápnik fungoval ako jednoduché tlačidlo na jeho otvorenie.
Podobné väzby sa objavujú aj pri príbuzných VPS13 proteínoch u húb. Pri kvasinkách môže túto úlohu namiesto samotného kalmodulínu plniť príbuzný proteín Cdc31.
Vedci chcú VPS13C „posilniť“. Zatiaľ však nevedia ako
Výsledky oboch štúdií naznačujú, že VPS13 proteíny nie sú neustále otvorené kanály. Ich tvar sa mení podľa toho, kde sa v bunke nachádzajú, s akými proteínmi sa spoja a pravdepodobne aj podľa ďalších vnútrobunkových signálov.
Pri VPS13C je to zaujímavé najmä pre výskum Parkinsonovej choroby. Ak pri niektorých formách ochorenia zohráva úlohu poškodenie lyzozómov a nedostatočná aktivita VPS13C, jednou z budúcich možností by mohlo byť zvýšenie účinnosti tohto proteínu alebo podpora jeho aktívneho stavu.
Vedci však zatiaľ nemajú liek ani konkrétnu látku, ktorá by VPS13C takýmto spôsobom ovplyvňovala.
„Existujú teraz dáta, ktoré naznačujú, že tento proteín možno urobiť efektívnejším,“ hovorí Pietro De Camilli z Yale School of Medicine. „Je to vec budúcnosti, ale sľubná cesta.“
Ďalšie experimenty majú ukázať, čo VPS13C v živej bunke skutočne prepína medzi zatvorenou a otvorenou polohou. Práve tento krok rozhodne, či sa poznatky o jeho štruktúre raz podarí využiť aj pri hľadaní novej liečby.
