Forskare har äntligen avslöjat mysteriet bakom hur kinesin-1, det största motorproteinet i celler, omvandlar kemisk energi till mekaniskt arbete för att transportera laster längs mikrotubuli, de cellulära motorvägarna. Denna banbrytande forskning, publicerad i den prestigefyllda tidskriften Nature, kastar ljus över de invecklade molekylära mekanismerna som driver intracellulär transport, en process som är avgörande för att upprätthålla hälsa och fungerande celler.

Kinesin-1 ansvarar för att transportera olika laster, såsom organeller och vesiklar, längs mikrotubuli, långa cylindriska proteinstrukturer som utgör en del av cytoskelettet. Defekter i kinesin-1-funktionen har kopplats till flera neurodegenerativa sjukdomar, inklusive ALS och Alzheimers, vilket understryker vikten av att förstå dess exakta mekanism.

Med hjälp av en kombination av kryoelektronmikroskopi, biokemiska analyser och beräkningsmodellering dechiffrerade ett internationellt team av forskare under ledning av Dr. Rebecca Wade vid University of Oxford och Dr. Michael Cianfrocco vid Max Planck Institute of Biochemistry den strukturella dynamiken hos kinesin -1 eftersom den genomgår en serie konformationsförändringar under transportprocessen.

Studien visade att kinesin-1 består av två identiska motoriska domäner, som var och en innehåller ett "huvud" och en "hals". Dessa motoriska domäner arbetar tillsammans på ett hand-över-hand-sätt, med ett huvud som binder till en mikrotubuli medan det andra släpper, vilket gör att proteinet kan röra sig framåt.

Forskarna identifierade ett viktigt strukturellt element som kallas "necklinker", som fungerar som en molekylär switch. När ATP, den cellulära energivalutan, binder till den motoriska domänen, utlöser det konformationsförändringar i nacklinkern, vilket gör att huvudet lossnar från mikrotubuli. Detta gör att det andra huvudet kan binda och upprepa processen, vilket resulterar i kontinuerlig rörelse.

"Vi har fångat de exakta strukturella förändringarna som sker under stegcykeln kinesin-1, vilket ger en detaljerad förståelse för hur denna molekylära motor omvandlar kemisk energi till mekaniskt arbete", förklarar Dr Wade. "Denna kunskap banar väg för framtida studier som utforskar regleringen av kinesin-1 och dess potentiella terapeutiska implikationer i sjukdomar associerade med dess funktionsfel."

Resultaten från denna forskning fördjupar inte bara vår förståelse av grundläggande cellulära processer utan erbjuder också nya vägar för att utveckla behandlingar som riktar in sig på motorproteindysfunktioner, vilket kan leda till nya terapeutiska strategier för en rad neurodegenerativa störningar.