Структура белка показывает, как клетки рака молочной железы выживают в агрессивных условиях

Ученые Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе охарактеризовали структуру и функцию ключевого белка выживания в клетках рака молочной железы, который помогает объяснить, как эти опухоли противостоят стрессу окружающей среды и процветают в кислой среде с низким содержанием кислорода, которая обычно была бы токсична для здоровых клеток. Этот документ опубликовано в журнале Природные коммуникации.

Как NBCn1 помогает раковым клеткам выжить

Клетки рака молочной железы полагаются на белок-транспортер NBCn1, который доставляет ионы щелочных металлов в клетку и поддерживает благоприятный внутренний pH. Используя передовую криоэлектронную микроскопию в сочетании с компьютерным моделированием, исследователи показали, что NBCn1 перемещает два иона натрия и один ион карбоната посредством эффективного «лифтового» движения, которое сводит к минимуму потребление энергии. Это позволяет NBCn1 достигать высокой скорости транспорта примерно 15 000 ионов в секунду, помогая опухолевым клеткам поддерживать внутренний pH, который способствует выживанию, делению и устойчивости к кислотному стрессу.

Микроокружение опухоли часто являются кислыми из-за низкого уровня кислорода и высокой метаболической активности. Здоровые клетки борются за выживание в таких условиях, но раковые клетки адаптируются, регулируя свою внутреннюю химию. NBCn1 — это транспортер плазматической мембраны, который, как известно, помогает контролировать клеточный pH, но до сих пор мало что было известно о его точной структуре и о том, как он обеспечивает столь эффективный транспорт ионов.

Достижения в исследованиях структуры белков

Чтобы понять, как работает этот белок, исследователи использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы запечатлеть первую атомную трехмерную структуру человеческого NBCn1. Затем они применили компьютерное моделирование для изучения динамики белка и того, как он взаимодействует с ионами. Этот комбинированный подход позволил команде визуализировать структурные изменения NBCn1 и определить пути, по которым ионы проходят через транспортер.

Понимая структуру и функцию NBCn1, исследование обеспечивает основу для разработки лекарств, которые потенциально могут блокировать этот транспортер и нарушать внутренний химический баланс, от которого зависят раковые клетки. Нацеливание на этот белок именно на раковые клетки может предложить точный способ ослабить опухоли, сводя к минимуму вред для нормальных тканей.

«Эта работа продвигает область метаболизма раковых клеток и биологии мембранного транспорта, предоставляя первую модель NBCn1 на атомном уровне, основного регулятора клеточного pH», — сказала доктор Айра Курц, заслуженный профессор медицины, заведующий кафедрой молекулярной нефрологии и член Научно-исследовательского института мозга Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе.

«Связывая структура белкаионная энергетика и функции, исследование показывает, как небольшие молекулярные движения могут обеспечить высокую эффективность транспорта. Эти открытия устраняют критический разрыв в знаниях между фундаментальной биофизикой и терапией рака и закладывают основу для новых стратегий, направленных на регулирование pH как уязвимости опухолевых клеток».