Ett team av ingenjörer vid Massachusetts Institute of Technology (MIT) har upptäckt hur små proteiner inuti celler genererar den kraft som behövs för att gå. Fyndet kan leda till nya sätt att behandla sjukdomar som påverkar cellrörelser, såsom cancer och immunförsvar.
Proteinerna, som kallas myosiner, är motorproteiner som omvandlar kemisk energi till mekanisk energi. De gör detta genom att binda till aktinfilament, som är långa, tunna fibrer som bildar cellernas cytoskelett. När myosiner binder till aktin genomgår de en konformationsförändring som gör att de drar aktinfilamentet mot sig. Detta genererar kraften som gör att cellerna kan röra sig.
MIT-teamet, ledd av professor i maskinteknik James Spudich, använde en kombination av experimentella och beräkningstekniker för att studera hur myosiner genererar kraft. De fann att kraften genereras av en liten, positivt laddad region av myosinhuvudet. Denna region interagerar med negativt laddade rester på aktinfilamentet, vilket skapar en elektrostatisk attraktion som drar aktinfilamentet mot myosinet.
Teamet fann också att kraften som genereras av myosiner regleras av ett litet protein som kallas kalmodulin. Calmodulin binder till myosin och ändrar dess konformation, vilket påverkar styrkan i den elektrostatiska interaktionen mellan myosin och aktin. Detta tillåter celler att kontrollera kraften som genereras av myosiner och finjustera deras rörelse.
MIT-teamets resultat kan leda till nya sätt att behandla sjukdomar som påverkar cellrörelser. Till exempel kan läkemedel som riktar sig mot den elektrostatiska interaktionen mellan myosin och aktin användas för att hämma cellrörelser i cancerceller eller immunceller som angriper frisk vävnad. Omvänt kan läkemedel som förbättrar den elektrostatiska interaktionen mellan myosin och aktin användas för att förbättra cellrörelser vid sjukdomar som muskeldystrofi.
"Våra fynd ger en ny förståelse för hur myosiner genererar kraft", säger Spudich. "Denna kunskap kan leda till nya behandlingar för en mängd olika sjukdomar som påverkar cellrörelser."
Teamets resultat publicerades i tidskriften Nature Structural &Molecular Biology.
