Mempelajari bagaimana sel saraf bergerak memberikan wawasan baru tentang penyakit neurodegeneratif

UNIVERSITY PARK, PA — Neuron, yang bertanggung jawab untuk menghasilkan sinyal yang pada akhirnya mengarah pada tindakan seperti berbicara atau menggerakkan otot, dibangun dan dipelihara oleh kelas protein motorik yang mengangkut muatan molekuler di sepanjang jalur panjang yang disebut mikrotubulus. Sebuah tim peneliti yang dipimpin Penn State telah mengungkapkan bagaimana dua kelompok utama protein motorik bersaing untuk mengangkut kargo dalam arah yang berlawanan antara badan sel dan sinapsis di neuron.

Melalui mikroskop molekul tunggal dan pemodelan komputasi, kelompok tersebut menyelidiki bagaimana tiga kelas dari satu jenis protein motor, yang dikenal sebagai kinesin, berinteraksi dengan jenis motor lain, dynein, selama transportasi kargo. Temuan mereka telah dipublikasikan di eLifedapat membantu para ilmuwan lebih memahami proses pengangkutan kargo normal dan, dalam penelitian selanjutnya, menunjukkan bagaimana hal itu terganggu dalam kasus penyakit neurodegeneratif, seperti penyakit Alzheimer.

“Kinesin dan dynein bergerak di sepanjang mikrotubulus, yang lebih dari 1.000 kali lebih kecil dari sehelai rambut,” kata penulis William Hancock, profesor teknik biomedis (BME) di Penn State. “Karena struktur polaritas mikrotubulus, motor kinesin berikatan dengan muatan dan menariknya ke satu arah, membawanya ke sinaps, sementara Dynein mengikat dan bergerak ke arah yang berlawanan, kembali ke badan sel neuron. motor mengikat kargo pada saat yang sama, persaingan antara dua motor muncul, Bagaimana kinerja masing-masing menentukan seberapa cepat dan ke arah mana kargo akan bergerak.

Ada sekitar sepuluh jenis angkutan yang dibagi menjadi tiga keluarga, sedangkan hanya ada satu jenis angkutan dynein. Para peneliti mengambil satu motor kinesin dari masing-masing tiga keluarga dan menempelkannya ke dynein. Menggunakan mikroskop molekul tunggal – di mana para ilmuwan mengamati protein berlabel fluoresensi individu dan molekul DNA menggunakan kamera dan lensa berkekuatan tinggi – mereka mengamati bagaimana protein bergerak di sepanjang mikrotubulus.

“Masing-masing mesin Kennesen seperti jenis mobil yang berbeda di jalan: satu mobil balap, satu SUV, satu truk,” kata Hancock. “Beberapa motor kinesin bergerak jarak pendek, beberapa menempuh jarak jauh, beberapa bergerak lebih cepat dan beberapa bergerak lebih lambat. Karena motor bekerja sangat berbeda satu sama lain dalam isolasi, kami terkejut dengan apa yang kami temukan ketika kami menghubungkannya menggunakan dynein.”

Terlepas dari perbedaan yang tampak, para peneliti menemukan bahwa ketiga jenis kinesin memiliki kinerja yang setara terhadap dynein: semuanya secara efektif melawan beban dynein yang melumpuhkan.

Untuk lebih memahami mekanisme yang mendasarinya, para peneliti mengambil hasil eksperimen mereka dan mengembangkan model komputasi, yang menunjukkan bahwa ketiga jenis kinesin menggunakan cara yang berbeda untuk bersaing dengan dynein.