Lichaamsbeweging, van de spieren in je armen naar de neuronen die die signalen naar je hersenen transporteren, vertrouwt op een enorme verzameling eiwitten die moleculaire motoren worden genoemd.

Fundamenteel, moleculaire motoren zijn eiwitten die chemische energie omzetten in mechanische beweging, en hebben verschillende functies, afhankelijk van hun taak. Echter, omdat ze zo klein zijn de exacte mechanismen waarmee deze moleculen met elkaar coördineren is slecht begrepen.

Publiceren in wetenschappelijke vooruitgang , De School of Engineering van de Universiteit van Kyoto heeft ontdekt dat twee soorten kinesine-moleculaire motoren verschillende coördinatie-eigenschappen hebben. In samenwerking met het National Institute of Information and Communications Technology, of NICT, de bevindingen werden mogelijk gemaakt dankzij een nieuwe tool die het team ontwikkelde en die individuele motoren parkeert op platforms die duizenden keren kleiner zijn dan een enkele cel.

"Kinesine is een motoreiwit dat betrokken is bij acties zoals celdeling, spiercontracties, en flagella beweging. Ze bewegen langs deze lange eiwitfilamenten, microtubuli genaamd, " legt eerste auteur Taikopaul Kaneko uit. "In het lichaam, kinesines werken als een team om grote moleculen in een cel te transporteren, of laat de cel zelf bewegen."

Om de coördinatie nauwlettend te volgen, het team construeerde een apparaat dat bestaat uit een reeks gouden nanopilaren met een diameter van 50 nanometer en een onderlinge afstand van 200 tot 1000 nanometer. Als referentie, een huidcel is ongeveer 30 micrometer, of 30, 000 nanometer, in diameter.

"Vervolgens combineerden we deze array met zelf-geassembleerde monolagen, of SAM, die een enkel kinesinemolecuul op elke nanopijler immobiliseerde, " vervolgt Kaneko. "Deze 'nano-patterning'-methode van motoreiwitten geeft ons controle over het aantal en de afstand van kinesines, waardoor we nauwkeurig kunnen berekenen hoe ze microtubuli transporteren."

Het team evalueerde twee kinesines:kinesin-1 en kinesin-14, die betrokken zijn bij intercellulair transport en celdeling, respectievelijk. Hun resultaten toonden aan dat in het geval van kinesine-1, noch het aantal, noch de afstand van de moleculen veranderen de transportsnelheid van microtubuli.

In tegenstelling tot, kinesine-14 verminderde de transportsnelheid naarmate het aantal motoren op een filament toenam, maar nam toe naarmate de afstand tussen de motoren groter werd. De resultaten geven aan dat hoewel kinesine-1-moleculen onafhankelijk werken, kinesin-14 interageert met elkaar om de transportsnelheid af te stemmen.

Ryuji Yokokawa die het team leidde, was verrast door de resultaten, “Voordat we met deze studie begonnen, we dachten dat meer motoren leidden tot sneller transport en meer kracht. Maar zoals de meeste dingen in de biologie, het is zelden zo eenvoudig."

Het team zal hun nieuwe methode voor nanopatronen gebruiken om de mechanica van andere kinesines en verschillende moleculaire motoren te bestuderen.

"Mensen hebben meer dan 40 kinesines samen met twee andere soorten moleculaire motoren, myosine en dyneïne genaamd. We kunnen zelfs onze array aanpassen om te bestuderen hoe deze motoren werken in een dichtheidsgradiënt. Onze resultaten en dit nieuwe hulpmiddel zullen zeker ons begrip van de verschillende basale cellulaire processen die fundamenteel zijn voor al het leven, " concludeert Yokokawa.