Als jij het motoreiwit vooraan bent, wees voorbereid op het zware werk.

Dat is een conclusie van een door Rice University geleid onderzoek naar de mechanismen die kinesines aandrijven, motoreiwitten die lading in cellen vervoeren. De studie toont aan dat er veel tegenkracht nodig is om een ​​bepaald kinesine te vertragen. Ook krijgt het eiwit niet veel hulp van collega's die achterop komen.

De theoretische studie gedetailleerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences en geleid door Rice, postdoctoraal onderzoeker Qian Wang, was een gezamenlijke inspanning van de laboratoria van drie professoren aan Rice en één aan de Universiteit van Houston, allemaal werkend onder de paraplu van Rice's Centre for Theoretical Biological Physics (CTBP).

Ze hopen de kennis te vergroten over de weinig begrepen werkpaarden in cellen die essentieel zijn voor celdeling en vrachtvervoer. Defecte of deficiënte kinesines zijn betrokken bij de ziekte van Charcot-Marie-Tooth en sommige nierziekten.

Door computersimulaties, de onderzoekers geven de eerste details op moleculair niveau over hoe kinesines reageren op externe krachten, terwijl ze eerdere experimenten van co-auteur Michael Diehl bevestigen, die aantoonden dat teams van kinesines alleen het beste werken als ze dicht bij elkaar zijn en in dezelfde richting kunnen trekken.

"We begrijpen min of meer enkele motoren, " zei Rice biofysicus en co-auteur Anatoly Kolomeisky, wiens eerdere onderzoek aantoonde dat motoreiwitten gevoelig zijn voor de aanwezigheid van anderen. "In de natuur, ze werken in teams, maar omdat de motoren relatief zwak reageren op een aanzienlijk aantal krachten, we beweren dat dit de belangrijkste reden is waarom kinesines niet altijd met elkaar samenwerken."

Kinesinen transformeren energie van de chemische ATP, of adenosinetrifosfaat, in mechanische actie. Ze hechten zich vast aan grote ladingen zoals mitochondriën of chromosomen en trekken ze langs cytoskeletfilamenten naar de verre uithoeken van een cel. Elke kinesine bevat twee "hoofd" subeenheden, en elke subeenheid bevat twee bindingsplaatsen:één om microtubuli vast te pakken en er langs te lopen en de andere om ATP te binden.

De modellen toonden kinesines, een familie van motormoleculen ontdekt in 1985, zijn "zwak vatbaar" voor kleine of middelgrote externe krachten en trekken hun lading door vrijwel sterke tegenstand heen. Onder de zwakke krachten zijn die die worden uitgeoefend door achterblijvende kinesins die aan dezelfde lading zijn bevestigd.

Het blijkt dat deze teamgenoten zich nauwelijks registreren bij de baas kinesin als ze meer dan 48 nanometer verwijderd zijn. Wanneer dat het geval is, de loodkinesine draagt ​​meer dan 90 procent van de lading.

Uit de Rice-simulaties bleek dat de leider meer aandacht besteedt aan de trekkracht van de lading zelf, die een "schakelaar" in de nek-linker activeert, deel van de steel dat de lading trekt als een touwtje aan een ballon. De linker koppelt de lading aan de ATP-bindingsplaatsen van de hoofdmotoren, die op zijn beurt de snelheid regelt. Een achterblijvende kinesine die te ver weg is, voelt de kracht niet en kan daarom zijn spierkracht niet bijdragen.

"Als de motor draait, de nek-linker wordt gespannen, " zei Rice biofysicus José Onuchic, een co-auteur en co-directeur van het CTBP. "Als die linker niet gespannen is, de motor verliest snelheid omdat hij zelf geen beslissing kan nemen. Deze competitie tussen spanning en binding aan de microtubule is nodig om de processiviteit van deze motor te garanderen."

De basissimulatie stelt onderzoekers in staat om meer kinesines te testen die lading van de kern naar de buitengrenzen van de cel verplaatsen en, eventueel, dyneïnes, grotere en complexere eiwitten die lading naar het centrum verplaatsen.

"Je moet deze eerste stap heel goed en gedetailleerd doen om vertrouwen te krijgen voordat je een beest als dynein aanpakt, Diehl zei. "Deze jongens hebben jarenlang heel hard gewerkt door middel van meerdere studies en hebben de handen ineen geslagen, collectief, een manier om de overgangen tussen belangrijke stappen in dit mechanische proces op te sommen en te analyseren.

"Nutsvoorzieningen, in staat zijn om die benadering van een motor als dynein te volgen, heeft de mogelijkheid om veel belangrijke, fundamentele mysteries over hoe een eiwit dat zo complex is werkt, " hij zei.

"Het is het soort onderzoek dat een enkele hoofdonderzoeker moeilijk zou vinden, " zei Onuchic. "Voor problemen die zo ingewikkeld zijn, het is goed om deze combinatie van talent te hebben."