Syntéza a transport biologických lipidů přes většinou vodou naplněný vnitřek buňky je dlouhodobý problém v biologii. Jedním z řešení, které příroda použila k vyřešení tohoto problému, je použití proteinů vázajících lipidy, které fungují různými způsoby: enzymy, které pronikají biologickými membránami, „chaperonové“proteiny, které rozpouštějí lipidy v kapse a transportují je do enzymů nebo je vkládají do membrán a "liftázy" - enzymy, které částečně zvedají lipid z membránové dvojvrstvy.
Jedním z nejdůležitějších lipidů je koenzym Q (CoQ), který slouží jako kofaktor mnoha enzymů v mnoha různých organismech. Nedostatky CoQ jsou spojeny se vzácnými metabolickými problémy a nemocemi, jako je Parkinsonova choroba a diabetes typu II. CoQ je také jednou z nejvíce hydrofobních ("vodu nenávidících") molekul v přírodě, leží izolována hluboko uvnitř mitochondriální membrány a podílí se na její práci produkující energii.
Špatně charakterizovaný protein spojený s biosyntézou CoQ je protein vázající lipidy nazývaný COQ9. Zdá se, že tento protein má v této dráze kritický význam, protože ztráta funkce COQ9 v mnoha organismech vede k vážnému nedostatku CoQ - se všemi výše uvedenými problémy. Stále však nevíme, který lipid(y) COQ9 se váže nebo jak k nim přistupuje, nebo dokonce jak jejich vazba pomáhá jiným enzymům při tvorbě CoQ.
Vědci z laboratoře Mattea Dal Perara z Institutu bioinženýrství EPFL ve spolupráci s laboratoří Davida Pagliariniho na University of Wisconsin-Madison použili integrativní přístup, který kombinoval strukturální, biochemické a výpočetní studie, aby studovali, jak COQ9 se váže a interaguje s lipidy.
Studie ukázala, že COQ9 váže aromatické isoprenové lipidy a přistupuje k membránám přes amfipatickou (vodu milující i nenávidící) spirálu na jejím konci. Obě tyto funkce se zdají být rozhodující pro biologickou roli proteinu při produkci CoQ. Vědci také zjistili, jak se COQ9 může propojit s enzymem dráhy COQ7, který katalyzuje předposlední krok v biosyntéze CoQ.
Údaje ze studie ukazují, že COQ9 umožňuje biosyntézu CoQ přístupem k meziproduktům CoQ z letáku vnitřní membrány mitochondrií. Odtud COQ9 předává tyto meziprodukty biosyntetickému enzymu.
„Naše analýzy celkově představují COQ9 jako nový model toho, jak příroda využívá periferní proteiny vázající lipidy k překonání hydrofobních problémů,“říká Dal Peraro. "Tyto poznatky o tom, jak může protein přistupovat, vázat se a prezentovat hydrofobní ligand, mohou také informovat o nových strategiích léčby poruch nedostatku lipidů, které jsou odolné vůči suplementaci, včetně mnoha onemocnění souvisejících s CoQ."
Integrativní přístup používaný vědci by navíc mohl sloužit jako model pro studium jiných proteinů vázající lipidy nebo metabolismu lipidů nebo signálních drah, jejichž jemnou funkční modulaci na rozhraní membrána-voda bylo historicky náročné charakterizovat.
