Na titulní straně časopisu EMBO ''Dynamické spřažení v bakteriálním Sec translokonu.''
Klíčovou roli v transportu proteinů hraje dynamické spřažení rychlé dynamiky membránového kanálu s pomalou hydrolýzou ATP.
Vědecký pracovník fakulty Dr. Tomáš Fessl vedl výzkumný projekt, který prokázal klíčovou roli rychlé dynamiky proteinů v mechanismu jejich transportu přes membrány. Výsledky, které byly publikovány v lednovém čísle časopisu EMBO, byly získány ve spolupráci s týmy z University of Bristol (prof. Ian Collinson) a University of Leeds (prof. Sheena Radford, FRS) a podíleli se na nich místní vědci Dr. Joel Crossley a Prof. Roman Tuma.
Mechanismus, zkoumaný v této studii, je transport polypeptidů přes cytoplazmatickou membránu (sekrece) který je katalyzován všudypřítomnýn Sec translokonem což je vysoce konzervovaný membránový komplex. U bakterií je sekrece přes membránový kanál - SecYEG ve vnitřní membráně - poháněna cytosolickou ATPázou SecA. Před touto publikací převládal názor, který upřednostňoval přímé propojení mezi ATPázovou aktivitou a translokací, tzv. ¨Power stroke¨ model.
Ve spolupráci se skupinami profesora Iana Collinsona (Bristol, Velká Británie) a profesorky Sheeny Radford (Leeds, Velká Británie) vyvinuli místní výzkumníci nejmodernější jednomolekulární esej pro kvantitativní detekci a analýzu dynamiky Sec translokonu. Zkoumání dynamiky translokonu v různých nukleotidových stavech SecA odhalilo, že kanál SecYEG podléhá rychlému otevírání a zavírání v mnohem rychlejší časové škále než by odpovídalo rychlosti hydrolýzy ATP na SecA. Takovéto dynamické propojení ATPázy SecA s otevíráním kanálu SecYEG je neslučitelné s ¨Power stroke¨ modelem a namísto toho upřednostňuje stochastický, tzv. ¨Brownian ratchet¨, mechanismus translokace, který se spoléhá na difuzi pre-proteinu pórem.
Výzkumný tým dále využil dobře charakterizovaného mutanta SecY (PrlA4) k testování ¨Brownian ratchet¨ mechanismu. Tato varianta vykazuje rychlejší transport, zatímco rychlost hydrolýzy ATP zůstává stejná, což je pozorování slučitelné pouze s Brownovým-ratchetovým mechanismem. Mutace navíc prodlužuje dobu, kterou kanál stráví v otevřeném stavu, čímž usnadňuje difúzi preproteinu pórem a zvyšuje tak účinnost translokace. Toto zjištění spojuje dynamiku kanálu SecYEG s jeho biologickou funkcí, tj. transportem proteinů.
Tato dynamická alosterie se nevyskytuje pouze u SecYEG translokonu, ale podobná modulace rychlé dynamiky v závislosti na nukleotidech byla nedávno prokázána také u adenylátkinázy a kruhové ATPázy AAA+, ClpB. SecYEG je však prvním membránovým komplexem, u něhož byla dynamická alosterie prokázána.
Místní skupina byla financována Evropským fondem pro regionální rozvoj - projekt (CZ.02.1.01/0.0/0.0/15_003/0000441) a Grantovou agenturou České republiky (20-11563Y) a kolaborativním financováním od BBSRC (BB/T008059/1). Další finanční prostředky pro spolupracující partnery poskytlo BBSRC (BB/V001531/1 a BB/T006889/1) a Royal Society Professorial Research Fellowship (RSRP\R1\211057).
Kontakt: Mgr. Tomáš Fessl, Ph.D. (fessl at prf.jcu.cz)
Obrázek: Ilustrace Sec translokonu přenášejícího preprotein přes vnitřní bakteriální membránu
