Американские ученые, возглавляемые биологами из Брукхейвенской национальной лаборатории, открыли белок-переносчик цинка ZNG1. Его отсутствие нарушает работу других белков, зависимых от этого металла. Результаты работы важны как для медицины, так и для биоэнергетики. Исследование опубликовано в журнале Cell Reports.
Цинк важен для функционирования организма: более 10% белков зависят от этого металла. Однако в настоящее время в мире все более остро стоит проблема недостаточности цинка, которая влечет за собой замедленный рост, нарушение работы иммунной системы, неврологические заболевания и рак. Цинк важен и для развития других организмов, например растений. Тем не менее до сих пор не было понятно, каким образом цинк доходит до зависимых от него белков. Другие похожие металлы вроде никеля и меди переносятся в клетке специальными белками — шаперонами. Благодаря этому они не вступают в нежелательные реакции, в результате которых могли бы спровоцировать генерацию свободных радикалов, что вредно для клетки. Цинк же в подобные реакции не вступает, поэтому некоторые ученые предполагали, что ему шаперон и не нужен. Это значило бы, что цинк просто присутствует в среде в виде ионов.
Американские же ученые предположили, что шапероном цинка могут выступать белки из семейства CobW. Однако доказать это было сложно. Поэтому для начала биологи изучили базы данных белков, чтобы найти цели доставки цинка. Так, исследователей заинтересовала возможная реакция между предполагаемым шапероном и метионинаминопептидазой (MAP1). Это взаимодействие наблюдалось как у людей, так и у дрожжей. То, что оно присутствует у настолько разных организмов, подтвердило важность такого взаимодействия. Как оказалось, MAP1 нужен для модификации белков и присутствует у многих организмов, причем он действительно зависит от цинка.
Чтобы доказать, что белок, названный ZNG1, действительно является шапероном цинка, ученые провели ряд экспериментов. Для начала они использовали клетки дрожжей, в которых отключали ген, кодирующий ZNG1. Так как этот белок доставляет цинк к MAP1, в его отсутствие белок MAP1 не смог функционировать правильно, особенно при низком содержании цинка в среде. Далее ученые изолировали белки ZNG1 и MAP1 в чистом виде, чтобы исследовать их работу. Если в среде отсутствовал цинк, MAP1 не работал. Однако если смешать ZNG1, MAP1 и цинк, все равно ничего не происходило. Как оказалось, для активации ZNG1 нужен гуанозинтрифосфат (ГТФ) — источник энергии. Связывая ГТФ, ZNG1 меняет конформацию, что может быть важно для последующего связывания цинка. В смеси ZNG1, MAP1, цинка и ГТФ белок MAP1 наконец проявил активность.
Далее ученые разработали компьютерные модели, чтобы лучше понять взаимодействие между ZNG1 и MAP1. Они выяснили, что отсутствие гена ZNG1 влияет не только на MAP1, но и на множество других белков. Хотя в ходе эволюции клетки научились адаптироваться к низкой концентрации цинка в среде, при отсутствии ZNG1 эта адаптация уже не срабатывала.
Биохимические, генетические и фармакологические опыты показали важность ZNG1 для разных организмов. Так, если у мышей и рыбок данио-рерио была мутация в этом гене, у них наблюдалась пониженная пролиферация клеток и нарушения в работе митохондрий. Из-за этого также наблюдались проблемы с ростом, что характерно для недостаточности цинка. Помимо этого, исследование может быть важно для разработки генетически модифицированных растений, задействованных в биоэнергетике. Такие растения смогли бы жить даже при низком содержании цинка в почве, при этом плодородные земли можно было бы посвятить нуждам сельского хозяйства.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
