Биология

Биофизики изучили механизм саморегуляции белкового канала AQP3, отвечающего за перенос сигнальных молекул через клеточную мембрану. Снимки, полученные с помощью криоэлектронной микроскопии, показали: в условиях закисления этот канал физически «захлопывается» изнутри, что может усугублять патологические процессы при диабете второго типа.

Активные формы кислорода, такие как перекись водорода (H2O2), играют в организме двойную роль. В высоких концентрациях это токсины, разрушающие клетку, но в малых дозах — необходимый сигнал. Например, для бета-клеток поджелудочной железы перекись служит командой к выработке инсулина. Чтобы пропускать эти молекулы внутрь и наружу, в мембране существуют специальные каналы — аквапорины (в частности, аквапорин-3, AQP3). Ученым было известно, что при изменении кислотности среды (pH) этот канал перестает работать, но оставалось загадкой, как именно белок «понимает», что пора перекрыть поток, и что происходит с его структурой.

Чтобы выяснить это, авторы исследования, опубликованного в журнале Nature Communications, заморозили и сфотографировали молекулы белка AQP3 в трех разных состояниях: в покое (нейтральная среда), в кислой среде и в присутствии самой перекиси водорода. Компьютерное моделирование помогло восстановить динамику движения атомов.

Анализ выявил встроенный механизм безопасности, напоминающий аварийный клапан. В нейтральной среде канал представляет собой открытую пору, через которую свободно проходят вода и глицерин. Однако при закислении среды (падении pH до 5.5) происходит протонирование одной ключевой аминокислоты (аспартата-163). Это запускает цепную реакцию: внешняя петля белка (Loop E) теряет стабильность, «проваливается» внутрь поры и наглухо закупоривает ее.

Самым неожиданным открытием стало то, что канал способен закрываться и без кислоты — просто в ответ на высокую концентрацию перекиси водорода. Токсин сам провоцирует блокировку собственного пути, предотвращая перенасыщение клетки.

Авторы связали эту механику с развитием диабета. Известно, что при высоком уровне сахара внутриклеточная среда закисляется. Исследование показало, что в тканях диабетиков количество белка AQP3 повышено, но из-за хронического закисления каналы, вероятно, постоянно находятся в закрытом состоянии. В результате перекись не может выйти наружу или войти для передачи сигнала. Это приводит к двойному удару: нарушается секреция инсулина и накапливается окислительный стресс, разрушающий клетки поджелудочной железы.

Новая научная работа доказывает, что аквапорин-3 — не пассивная труба, а «умный» сенсор, регулирующий окислительный баланс. Понимание механизма его блокировки открывает путь к созданию лекарств, способных принудительно открывать или закрывать этот шлюз для защиты клеток.