Одной из важнейших функций клетки является разрушение и вывод белков, которые больше не пригодятся. Зачистку выполняют протеасомы, «клеточные гробовщики». Впрочем, они не столько хоронят клеточный мусор, сколько подвергают его утилизации, что-то вроде клеточного шредера.

Но как листы бумаги нужно вставлять в шредер развернутыми, так и ненужные либо дефектные белки тоже должны быть расправлены для дальнейшего уничтожения. Ученые из Scripps Research расшифровывали, как именно протеасома преобразует энергию в механическое движение, распутывающее белки.

Исследователи пробовали наблюдать внутреннюю работу протеасом более пяти лет. Они на себе испытали справедливость утверждения о том, что «размер имеет значение». Протеасомы просто ну очень маленькие. Пытаться увидеть их, все равно что с Земли пытаться разглядеть дорожный знак на поверхности Луны. Микроскопы, разумеется, помогают, но недостаточно. Все усложняется тем, что протеасома имеет много движущихся частей.

Однако исследователи не сдались и все же смогли визуализировать внутреннюю работу протеасомы благодаря технологии криоэлектронной микроскопии (крио-ЭМ), за которую в прошлом году вручили Нобелевскую премию по химии.

Данная технология замораживает микроструктуры белков посреди движения, позволяя ученым одновременно видеть много разных рабочих состояний белков, например, таких как протеасомы. Это можно сравнить с остановкой времени, как ее показывают в фильмах. Всё замирает на полувдохе-полудвижении.

Благодаря крио-ЭМ специалисты смогли увидеть все возможные этапы работы протеасомы. В частности, исследователи узнали, как АТФ, источник топлива в клетке, запускает двигатель протеасомы. Также ученые увидели, как при запуске этого двигателя протеасома вытягивает, правильно позиционирует и нарезает белки, чтобы подать их в удобном виде в отсек расщепления.

Уже известно, что с возрастом протеасомы теряют былую хватку и расчленяют клеточный мусор не так успешно. С этим отчасти связывают развитие нейродегенеративных заболеваний. Например, амилоидные белки — главный признак болезни Альцгеймера — скручены очень плотно, и стареющие протеасомы могут элементарно не справиться с их разворачиванием. Ученые полагают, что новые знания помогут наладить работу «клеточных гробовщиков» для сохранения клеточного здоровья на долгие годы.