Wissenschaftler entdecken, dass Docking-Stationen auf der Zelloberfläche eine wichtige Rolle beim Transport von Membranproteinen spielen

Wissenschaftler entdecken, dass Docking-Stationen auf der Zelloberfläche eine wichtige Rolle beim Transport von Membranproteinen spielen

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Anonim

von der Colorado State University

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(Phys.org) - Ionenkanalproteine ​​- winzige Batterien in Zellen, die unter anderem die Grundlage für alle Gedanken und Muskelkontraktionen sind - dienen auch als wichtige Docking-Stationen für andere Proteine, die Hilfe benötigen, um herauszufinden, wohin sie gehen sollen bahnbrechende neue Forschung von einem Team von Wissenschaftlern der Colorado State University.

Die Forschungsergebnisse von Diego Krapf, Assistant Professor am Department of Electrical and Computer Engineering, und Mike Tamkun, Professor am Department of Biomedical Sciences, erscheinen diesen Monat in der Fachzeitschrift Molecular Biology of the Cell . Die Mitautorin Emily Deutsch, die als Studienanfängerin an diesem Projekt arbeitete, hat im Mai ihren Bachelor in Biologie im Bundesstaat Colorado erworben.

Letztendlich könnte die grundlegende Entdeckung Wissenschaftlern helfen, Rätsel zu lösen, wie bestimmte Mutationen in Ionenkanalgenen zu Epilepsie und anderen Nervenkrankheiten oder Herzerkrankungen wie Schlaganfall und Bluthochdruck führen.

Ionenkanäle sind Poren in den Membranen aller Neuronen, die die elektrische Aktivität und den Informationsfluss im Nervensystem regulieren. Wenn diese Kanäle gestört werden, kann dies den Informationsfluss stören. Beispielsweise blockiert Lidocain Ionenkanäle, die verhindern, dass Zahnschmerzen ins Gehirn gelangen. Ein weiteres Beispiel, das Tamkun in seinen Kursen verwendet: Capsaicin, der Wirkstoff in Paprika, der sie heiß macht, öffnet einen bestimmten Ionenkanal in Nervenzellen, um die Temperatur zu messen. Diese Nervenzellen verbinden sich mit schmerzempfindlichen Pfaden, weshalb manche Menschen Schmerzen empfinden, wenn sie Paprika essen, sagte er.

Jetzt haben Tamkun und Krapf entdeckt, dass bestimmte Ionenkanäle nicht nur die elektrischen Ströme in Zellen überwachen, sondern auch als Transportknoten oder Andockstationen für andere Zelloberflächenproteine ​​dienen und dabei helfen, die Proteine ​​dorthin zu transportieren, wo sie benötigt werden. Mithilfe von Einzelmoleküldetektionstechniken haben sie auf Video-Ionenkanälen Plattformen gebildet, Proteine ​​angezogen und wie Kühe in einem Stall in der Plattform gehalten, bevor sie sie an ihren Bestimmungsort geschickt haben.

Die Wissenschaftler vermuten, dass diese Plattformen für das Verständnis von Schlaganfällen von entscheidender Bedeutung sind, da sie unter einem Mikroskop sichtbar auf von Schlaganfällen betroffenen Nervenzelloberflächen auseinanderfallen. Bisher konzentrierten sich ihre Studien auf einen von 60 Kanälen im menschlichen Körper, die Kalium liefern, aber sie untersuchen auch Natrium- und Kalziumkanäle.

"Mutationen in Ionenkanal-Genen verursachen sowohl Nerven- als auch Herzerkrankungen, und in vielen Fällen wissen wir nicht, was diese Mutationen für die Ionentransportaktivität des Kanals bewirken", sagte Tamkun. „Wir haben uns also gefragt, ob Kanäle nicht etwas anderes tun können, als elektrischen Strom zu leiten. Wir haben herausgefunden, wie die Kanäle in lebenden Zellen beschriftet werden müssen, damit wir mit einem Hochleistungsmikroskop Filme von ihnen aufnehmen können. Die Kanäle bilden spezialisierte Abgabeplattformen auf der Zelloberfläche, die signalisieren, wohin Proteine ​​gesendet werden müssen. “

"Wir sind daran interessiert, wie sich Ionenkanalproteine ​​auf der Zelloberfläche bewegen, wie sie in die Zelloberfläche gelangen und wie sie von der Zelloberfläche entfernt werden", sagte Krapf. „Wir haben vor Jahren entschieden, dass es eine gute Idee wäre, diese Moleküle einzeln zu betrachten - wir wussten nicht viel darüber, wie ihre Bewegung analysiert werden könnte.

"Es ist eine neue Funktion für diese Kanäle - eine Plattform zu bilden, die der Zelle signalisiert, wo andere Proteine ​​gesendet werden müssen", sagte Krapf.

Die interdisziplinäre Wissenschaft ist eine Mischung aus Zellbiologie, optischer Abbildung von Zellen und der Analyse der aktiven und zufälligen Bewegung von Molekülen. Der Physiker Krapf erfasst und analysiert zufällige Bewegungen von Molekülen, während sich Tamkun auf die Zusammensetzung und das Verhalten von Zellen konzentriert.

"Auf diese Weise dürften die wichtigsten Entdeckungen stattfinden - wenn Wissenschaftler auf verschiedenen Gebieten zusammenarbeiten", sagte Tamkun.