Om een ​​cel in leven te houden, moleculaire motoreiwitten transporteren constant bouwstenen en afvalstoffen door de cel, langs zijn biopolymeernetwerk. Door de hoge dichtheid van deze eiwitten, Er wordt aangenomen dat storingseffecten dit transport beïnvloeden, net zoals files het straatverkeer beïnvloeden. Echter, er is niet veel bekend over dergelijke crowding-effecten in mobiel verkeer. Onderzoekers in de groepen van Erwin Peterman en Peter Schall van het LaserLaB (VU) en het Institute of Physics (UvA) hebben nu een manier gevonden om deze stooreffecten in mobiel verkeer direct zichtbaar te maken en te meten. hun resultaten, die zijn gepubliceerd in Fysieke beoordeling X deze week, nieuwe inzichten opleveren in motorinteracties in het drukke moleculaire motortransport. Dit project wordt gefinancierd uit het NWO-programma Complexity.

Levende cellen hebben een constant transport van voeding en afval nodig. Dit wordt bereikt door moleculaire motoreiwitten die organellen en andere bouwstenen transporteren langs het netwerk van biopolymeren van het cytoskelet, die het volume van de cel overspant. Het loopmechanisme van de afzonderlijke motoren is uitgebreid bestudeerd:Kinesin-1, bijvoorbeeld, een belangrijke vertegenwoordiger van de Kinesine-familie van eiwitten, beweegt door de volgende, hand-over-hand stepping van twee motordomeinen in goed gedefinieerde stappen van 8 nanometer. Wat tot nu toe onduidelijk is gebleven, is hoe de motoren lopen en samenwerken. Door hun dichte bevolking, verdringingseffecten kunnen het transport door de cel cruciaal beïnvloeden, maar tot nu toe waren deze effecten niet toegankelijk in het dichtbevolkte regime.

Snelheidsmetingen

Onderzoekers van de UvA en de VU hebben op dit punt nu aanzienlijke vooruitgang geboekt door een nieuwe correlatiebeeldvormingstechniek te combineren met fysieke modellering. Net als in eerdere onderzoeken, ze gebruikten fluorescent gelabelde motoren onder goed gedefinieerde omstandigheden op microtubuli - componenten van het cytoskelet van de cel - geassembleerd op een glasplaatje. Door de bewegende beeldpunten van de fluorescerende motoreiwitten in ruimte en tijd te correleren, de onderzoekers konden voor het eerst hun snelheid en lengte langs de gloeidraad meten bij hoge dichtheden.

Deze metingen onthulden een opmerkelijke vertraging van de motoren naarmate de dichtheid toenam, de vorming van verkeersopstoppingen aantonen. Deze files werden direct bevestigd in de waargenomen sporen van de motoren. Verder, de onderzoekers toonden aan dat deze files goed werden beschreven door eenvoudige transportmodellen, waarin de motoreiwitten worden gemodelleerd door harde deeltjes die zich opstapelen als ze elkaar in de weg zitten. Verrassend echter, de verschillende motorsoorten vertoonden zeer verschillende lengtes waarover ze interageren:van hun fysieke grootte zoals aangenomen in het eenvoudige model, tot een afstand die 30 keer groter is dan deze maat.

Hoewel het ophelderen van het mechanisme achter deze lange-afstandsinteractie een intrigerend open probleem blijft voor toekomstig onderzoek, de huidige resultaten illustreren al de zeer verschillende kenmerken van de motoren. Meer leren over deze motorproteïne-specifieke eigenschappen zou kunnen helpen bij het omgaan met, of zelfs stooreffecten in het mobiele verkeer onderdrukken. Bijvoorbeeld, het is algemeen bekend dat, bij ziekten zoals de ziekte van Alzheimer, neuronaal transport wordt ernstig belemmerd, resulterend in lokale ophopingen van motoreiwitten en hun ladingen, die een rol kunnen spelen bij neurodegeneratie.