En studie beskriver hur ett enzym som heter GSK3β kan fungera som en stoppbrytare för ett motorprotein som heter kinesin 1. Den mörka linjen i den vänstra panelen visar banan för ett kinesin 1 motorprotein med normal rörelse. Den mörka fläcken i den högra panelen visar banan för ett kinesin 1-motorprotein vars rörelse har avstannat. Kredit:Rupkatha Banerjee, anpassad från en figur publicerad i Development i en artikel den 23 december 2021 av Banerjee et al.
Inuti neuroner transporterar motorproteiner dyrbar last och flyttar viktiga varor längs trådliknande vägar som kallas mikrotubuli-spår.
Detta miniatyrvägsystem är avgörande för att hålla nervceller friska:När trafiken flyter bra kan kritiska material nå avlägsna områden i cellerna där de behövs. När systemet går sönder kan det hämma cellulär funktion och leda till celldöd.
Nu har forskare identifierat ett nytt verktyg för trafikkontroll. I en studie publicerad i december 2021 i tidskriften Development , beskriver forskare hur ett enzym som kallas GSK3β kan fungera som en stoppbrytare för en typ av motorprotein som kallas kinesin 1.
"Vår publikation beskriver hur GSK3β fäster en molekylär tagg till kinesin 1-motorer, vilket gör att motorerna stannar utan att lossna från mikrotubuli-spår. Vi är superglada, eftersom vi nu vet hur man styr 'motorn' medan den rör sig på ett spår ", säger seniorförfattaren Shermali Gunawardena, Ph.D., en docent i biologiska vetenskaper vid University at Buffalo (UB) College of Arts and Sciences.
"Transport av laster med motorer är en tätt koordinerad process, och ändå är de molekylära mekanismerna som styr dessa "motorer" längs mikrotubuli-spåren i stort sett okända", säger studiens första författare, Rupkatha Banerjee, Ph.D., en postdoktoral forskningsassistent. vid Scripps Research i Florida som tog sin doktorsexamen i biologiska vetenskaper vid UB.
"Vårt arbete ger en djupgående förståelse för hur enzymet GSK3β fungerar som en nyckelregulator för kinesin 1-motorn," tillägger Banerjee. "Särskilt har vi identifierat en exakt plats på kinesin 1 som är modifierad av GSK3β. Genom att använda molekylärbiologi, in vitro-analys och fluggenetik, i kombination med in vivo-avbildningstekniker, kunde vi reta ut de mekanistiska detaljerna genom vilka störningar av detta en viss plats påverkar motorisk rörelse och motorisk fäste vid laster eller mikrotubulispår i en hel organism."
Fynden – baserade på laboratorieexperiment, inklusive några i nervcellerna hos fruktflugelarver – kan öppna dörren för framtida forskning om att pausa motorer som en mekanism för att behandla sjukdomar.
Gunawardena lyfter fram cancer som ett potentiellt exempel. "I cancer delar sig celler snabbt och motorer är inblandade i detta. Så om du kan stoppa motorerna kan du påverka den här kontinuerliga celldelningen", säger hon.
Från en annan vinkel noterar hon att "i vissa neurodegenerativa sjukdomar ser man blockeringar av last i neuroner eftersom saker fastnar på vägen. Om vi kan kontrollera motorerna och stoppa dem kanske vi kan hjälpa till att rensa spåret och få bli av med dessa blockeringar. I delar av Kalifornien, vid rusningstid, har du trafikljus som bara släpper in så många bilar vid en viss tidpunkt för att förhindra att motorvägen blir för full, vilket skulle sakta ner trafiken och orsaka trafikblockeringar. Vi kanske kan också tillämpa detta koncept i neuroner, om vi kan styra motorer genom att slå på eller av dem."
Medförfattare till studien inkluderar också Piyali Chakraborty, en MS-examen från UB:s neurovetenskapsprogram, och Michael C. Yu, Ph.D., docent i biologiska vetenskaper vid UB.
Förutom att beskriva hur GSK3β kan stoppa kinesin 1-motorer, utforskade forskningen andra aspekter av enzymets interaktion med motorerna, med resultat som understryker idén att GSK3β spelar en viktig roll i att finjustera kinesin 1-motorrörelsen i neuroner inuti en levande organism .
"Denna publikation betonar finjustering av motorisk funktion som en potentiell metod för att återställa transportdefekter som bidrar till neurodegeneration och cancer," säger Banerjee.
