Объяснена работа одного из редких клеточных рецепторов, реагирующих не на химический агент, а на физические условия — белка, который выполняет у бактерий роль обычного термометра.

Трансмембранные белки соединяют внутренность клетки с внешней средой
Спорообразующие палочки Bacillus subtilis (споры окрашены зеленым)

Для множества бактерий вовремя среагировать на падение внешней температуры — вопрос жизни и смерти. Они проводят перестройки состава и структуры своей мембраны с тем, чтобы и в новых условиях она оставалась пластичной. Несколько лет назад стал известен и ключевой белок, ответственный за этот процесс — но лишь теперь исследовано и первое звено в цепочке реакции на холод, «белок-термометр».

Белок этот, выявленный в экспериментах на палочке Bacillus subtilis, пронизывает клеточную мембрану и при изменении внешней температуры меняет конфигурацию, передавая сигнал внутрь клетки. Вообще, подобные трансмембранные белки часто выполняют роль рецепторов внешнего стимула. Однако обычно эти рецепторы реагируют на появление какого-нибудь химического вещества, избирательно связываясь с ним. Здесь же стимул исключительно физический.

Работу проделала группа профессора Ариэля Фернандеса (Ariel Fernandez); исследованный белок ученые назвали DesK. Ранее он уже изучался, и было показано, что DesK реагирует на падение температуры и заставляет клетку производить особое соединение, которое, встраиваясь в мембрану клетки, сохраняет ее полужидкое пластичное состояние. Если же нарушить синтез DesK у бактерии, снижение температуры приведет к тому, что мембрана, в большей части состоящая из жирных кислот, быстро потеряет пластичность, что может закончиться и просто гибелью клетки.

Профессор Фернандес и его коллеги показали, что часть белка DesK, которая оказывается вне клетки, несет термочувствительный участок — и работает он следующим образом. Пока этот фрагмент остается в контакте с молекулами воды вне клетки, DesK остается неактивным, «выключенным».

Но по мере падения температуры, когда клеточная мембрана становится все менее пластичной, она становится и более толстой. В конце концов она охватывает чувствительный участок белка, и он теряет контакт с водой. Это меняет его конфигурацию — изменения передаются на весь белок, включая и часть, расположенную внутри клетки. Что и служит сигналом для синтеза клеточных «антифризов», которые останавливают процесс и, снова делая мембрану пластичной, приводят к контакту чувствительного фрагмента DesK с водой — и его «выключению».

Кстати, знаете ли вы, что в роли «антифриза» клеточной мембраны часто выступает тот самый «страшный» холестерин? Вообще, этой полезной молекуле слишком уж достается от диетологов. Читайте речь в его оправдание: «О холестерине замолвите слово».

По пресс-релизу Rice University