Исследователи впервые изучили, на молекулярном уровне, архитектуру наружных сегментов палочек

     Исследователи из Калифорнийско го университета (США) в сотрудничестве с учеными Института биохимии Max Planck (Германия) впервые на молекулярном уровне изучили архитектуру наружных сегментов палочек.

    Используя криоэлектронную томографию и новый метод подготовки материалов, команда смогла получить изображения наружных сегментов палочек мышей с молекулярным разрешением. Они смогли визуализировать отдельные белки в нативных палочках без окрашивания. Ученые считают, что подобные методы визуализации станут будущим структурной биологии. Результаты работы представлены в журнале eLife в декабре 2021 г.

    Уникальная организация мембран наружных сегментов фоторецепторов обеспечивает основу для фототрансдукции, первого шага в формировании зрения. Архитектура наружных сегментов палочек характеризуется набором плотно упакованных мембранных дисков идентичной формы, содержащих белок родопсин. Известно, что при широком спектре генетических мутаций ультраструктура наружных сегментов палочек нарушается, что ведет к утрате жизнеспособности и функции фоторецепторов. Однако структурная основа, обеспечивающая удивительно аккуратное расположение мембранных стопок наружных сегментов палочек, и молекулярные механизмы, лежащие в основе генетически наследуемых заболеваний, до сих пор оставались не ясны. «Криоэлектронная томография позволила визуализировать структуры дисков и количественно оценить молекулы, соединяющие диски, – объяснил один из авторов исследования Krzysztof Palczewski. – Наши данные подтверждают существование двух молекулярных соединителей/спейсеров, которые, вероятно, способствуют точной укладке дисков наружных сегментов палочек в нанометровом масштабе. Кроме того, мы показали, что экстремальный радиус кривизны на краях диска обеспечивается непрерывной надмолекулярной сборкой, состоящей из олигомеров белков peripherin-2 (PRPH2) и rod outer segment membrane protein 1 (ROM1). Мы предполагаем, что вместе эти молекулы составляют структурную основу узкоспециализированной функциональной архитектуры наружных сегментов палочек».

    Генные мутации могут препятствовать полноценному морфогенезу дисков. Это происходит при генетических заболеваниях, сопровождающихся патологией структурных белков, таких как пигментный ретинит и болезнь Штаргардта. Понимание того, какие компоненты фоторецепторов играют ключевую роль в формировании их структуры, может помочь в разработке новых методов лечения глазных заболеваний.

    Matthias Poge, Julia Mahamid, Sanae S Imanishi, Jurgen M Plitzko, Krzysztof Palczewski. Determinants shaping the nanoscale architecture of the mouse rod outer segment // eLife 2021