Binnenin neuronen vervoeren motoreiwitten kostbare lading en verplaatsen essentiële goederen langs draadachtige wegen die microtubuli-sporen worden genoemd.

Dit miniatuur snelwegsysteem is van vitaal belang om neuronen gezond te houden:wanneer het verkeer goed stroomt, kunnen kritieke materialen verre gebieden van de cellen bereiken waar ze nodig zijn. Wanneer het systeem uitvalt, kan het de cellulaire functie belemmeren en tot celdood leiden.

Nu hebben wetenschappers een nieuw hulpmiddel voor verkeerscontrole geïdentificeerd. In een studie gepubliceerd in december 2021 in het tijdschrift Development , beschrijven onderzoekers hoe een enzym genaamd GSK3β kan fungeren als een stopschakelaar voor een type motoreiwit dat kinesine 1 wordt genoemd.

"Onze publicatie beschrijft hoe GSK3β een moleculaire tag hecht aan kinesine 1-motoren, waardoor de motoren stoppen zonder los te komen van microtubuli-sporen. We zijn super enthousiast, omdat we nu weten hoe we de 'motor' moeten besturen terwijl deze op een baan beweegt ", zegt senior auteur Shermali Gunawardena, Ph.D., universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan de Universiteit van Buffalo (UB) College of Arts and Sciences.

"Het vervoer van ladingen door motoren is een nauw gecoördineerd proces, en toch blijven de moleculaire mechanismen die deze 'motoren' langs de microtubuli-sporen besturen, grotendeels onbekend", zegt de eerste auteur van de studie, Rupkatha Banerjee, Ph.D., een postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij Scripps Research in Florida, die haar doctoraat in de biologische wetenschappen aan de UB behaalde.

"Ons werk biedt een diepgaand inzicht in hoe het enzym GSK3β fungeert als een belangrijke regulator van de kinesine 1-motor", voegt Banerjee toe. "Specifiek hebben we een precieze plaats op kinesine 1 geïdentificeerd die is gemodificeerd door GSK3β. Met behulp van moleculaire biologie, in vitro analyse en vliegengenetica, gekoppeld aan in vivo beeldvormingstechnieken, waren we in staat om de mechanistische details te achterhalen waardoor verstoring van dit bepaalde locatie heeft invloed op de motorbeweging en de bevestiging van de motor aan ladingen of sporen van microtubuli in een heel organisme."

De bevindingen - gebaseerd op laboratoriumexperimenten, waaronder enkele in de neuronen van fruitvlieglarven - zouden de deur kunnen openen voor toekomstig onderzoek naar het pauzeren van motoren als mechanisme voor de behandeling van ziekten.

Gunawardena benadrukt kanker als een mogelijk voorbeeld. "Bij kanker delen cellen snel en daar zijn motoren bij betrokken. Dus als je de motoren kunt stoppen, kun je deze continue celdeling beïnvloeden", zegt ze.

Vanuit een andere hoek merkt ze op dat "je bij sommige neurodegeneratieve ziekten blokkades van lading in neuronen ziet omdat dingen vast komen te zitten op de weg. Als we de motoren kunnen besturen en stoppen, kunnen we misschien helpen de baan vrij te maken en ontdoen van deze blokkades. In delen van Californië heb je tijdens de spits verkeerslichten die maar een beperkt aantal auto's op een bepaald tijdstip doorlaten om te voorkomen dat de snelweg te vol raakt, wat het verkeer zou vertragen en verkeersopstoppingen zou veroorzaken. Misschien kunnen we kunnen dit concept ook toepassen in neuronen, als we motoren kunnen besturen door ze aan of uit te zetten."

Co-auteurs van de studie zijn ook Piyali Chakraborty, een MS-afgestudeerde van het neurowetenschappelijke programma van UB, en Michael C. Yu, Ph.D., universitair hoofddocent biologische wetenschappen aan de UB.

Naast details over hoe GSK3β kinesine 1-motoren kan stoppen, onderzocht het onderzoek andere aspecten van de interactie van het enzym met de motoren, met resultaten die het idee onderstrepen dat GSK3β een belangrijke rol speelt bij het verfijnen van de kinesine 1-motorische beweging in neuronen in een levend organisme .

"Deze publicatie benadrukt de fijnafstemming van de motorfunctie als een mogelijke benadering voor het herstellen van transportdefecten die bijdragen aan neurodegeneratie en kanker", zegt Banerjee.