Механизм связывания груза (карго) с молекулярным мотором
• Мотор связывается со специфическим карго посредством хвостового домена
• В регуляции активности мотора и его связывания с карго принимают участие адаптерные белки, связанные с мотором
• Двухсторонний транспорт органелл обеспечивается координацией функционирования мотора в плюс- и минус-направлениях
Клетке необходимо транспортировать множество разных грузов в различные отделы цитоплазмы. Специфичность достигается за счет соответствия между карго и мотором. Возникает вопрос, каким образом к каждому карго для доставки его в нужную точку присоединяется необходимый мотор. Кинезины, которые продвигаются в направлении плюс-конца, связывают везикулы, выходящие из аппарата Гольджи, и транспортируют их к плазматической мембране или к эндосоме.
Моторы, осуществляющие транспорт к минус-концу, захватывают интернализированные везикулы с периферии клетки и доставляют их в центр. Связывание карго с соответствующим мотором происходит за счет хвостового домена последнего. Для большого кинезинового семейства транспортных белков хвостовые домены различаются и обусловливают разнообразие моторов. По строению моторные домены гораздо более сходны друг с другом и не влияют на специфику карго.
В этом смысле головной домен можно сравнить с двигателем, общим для всех транспортных средств, а хвостовой домен со специфическими прицепами, загруженными определенными видами грузов.
Вообще говоря, хвостовой домен мотора непосредственно не связывается с карго. Обычно к мембранному белку с одной стороны и хвосту мотора с другой присоединяется адаптерный белок. Этим обеспечивается связывание мотора с везикулой. Например, везикулы, выходяшие из транс-сети Гольджи в эндосомы, содержат на своих мембранах рецептор манноза-6 фосфата.
Модель связывания цитоплазматического динеина с мембранными везикулами с участием динактинового комплекса (выделен пурпурным цветом).
Считается, что Arpl филамент динактинового комплекса связан со спектрином мембраны везикулы таким же образом,
как актиновые филаменты взаимодействуют со спектрином других мембран.
Другие компоненты динактинового комплекса связаны с динеином и микротрубочкой.
Цитоплазматический домен этого рецептора связывает адаптерный комплекс АР-1, и АР-1 присоединяется к хвостовому домену кинезина. АР-1 относится к числу распространенных адаптеров, поскольку он также связывает клатрин в области транс-сети Гольджи, в которой отщепляются везикулы. Таким образом, АР-1 связывает процесс образования везикул с загрузкой мотора, что гарантирует надлежащую подготовку вновь образованных везикул для транспортного процесса.
Связывание цитоплазматического динеина с мембранами также осуществляется с помощью адаптерных белков. К числу наиболее полно охарактеризованных адаптеров относится динактиновый комплекс. Он состоит из семи полипептидов и короткого филамента, состоящего из Arp 1, белка, близкого к актину. Согласно недавно предложенной модели, представленной на рисунке ниже, филамент Arp-1 связывает динеин с мембранными везикулами за счет ассоциации со спектрином на цитоплазматической поверхности мембраны.
По характеру эта ассоциация напоминает взаимодействие между спектрином и филаментами актина в сети, которую они образуют на многих мембранах, и объясняет, почему династии включает актиноподобные филаменты. Наряду с присоединением динеина к мембране, динактин также помогает динеину оставаться связанным с микротрубочкой, что обеспечивает движение.
Белковые моторы транспортируют не только мембранные везикулы. Возможен транспорт некоторых иРНК и вирусов, хотя последние не принадлежат к числу обычных клеточных карго. Транспорт иРНК позволяет клетке ограничивать синтез некоторых белков специфическими сайтами, и обеспечивать доставку иРНК в отдельные участки крупных клеток.
Например, у некоторых нейронов специфические иРНК направляются в аксоны или дендриты, где образуются белки, специфичные для этих высокоспециализированных клеточных доменов. Поскольку аксоны и дендриты обладают большими размерами, транспорт в них иРНК осуществляется с помощью молекулярных моторов. Движение иРНК за счет простой диффузии было бы слишком медленным и неспецифическим способом, не позволяющим клетке создавать и поддерживать существование столь протяженных специализированных структур. Аналогично мембранным везикулам, адаптерные белки используются для связывания иРНК с хвостовыми доменами моторов.
Такие вирусы, как ВИЧ, вирус герпеса и аденовирус, попадают в клетку в виде белковых капсид, внутри которых находится нуклеиновая кислота. Для репликации вирусная частица должна поступить в ядро и воспользоваться репликационной машиной клетки. Вирусы торопятся завершить репликацию, связываясь с динеином, как только они попали в клетку, поскольку это позволяет им транспортироваться от плазматической мембраны прямо в ядро.
