Учёные открыли новый механизм балансировки стабильности белков при развитии нейронов

Исследовательская группа под руководством доктора Чаогу Чжэна из Школы биологических наук Гонконгского университета (HKU) в сотрудничестве с командой профессора Мартина Чалфи (лауреата Нобелевской премии по химии 2008 года) из Колумбийского университета обнаружила неожиданную роль белков теплового шока (HSPs), также известных как молекулярные шапероны, в процессе дифференцировки нейронов — приобретения нейроном своей формы и функции.

  • Известная роль: HSPs в основном известны как защитники клеток от различных стрессов (экстремальные температуры, токсины, механические повреждения) и как гаранты развития тканей.
  • Новое открытие: Исследование показывает, что HSPs также могут играть ингибирующую роль в дифференцировке нейронов, дестабилизируя их цитоскелет. Результаты опубликованы в ведущем международном журнале по биологии развития Development.

Противоборство двух систем

Внутри клеток HSPs и другие шапероны способствуют сворачиванию и стабилизации белков, в то время как убиквитин-протеасомная система (UPS) нацелена на деградацию белков. Их взаимодействие в развивающихся нейронах было плохо изучено.

Используя нейроны модельного организма C. elegans, учёные обнаружили:

  1. При нарушении работы UPS у генетических мутантов дестабилизируется основная часть цитоскелета — микротрубочки, что приводит к дефектам роста аксонов.
  2. Удивительно: Удаление генов HSPs и ко-шаперонов полностью спасает дефекты, вызванные нарушением работы UPS. Это указывает на то, что две системы противодействуют друг другу в ходе развития.

Общая мишень и тонкая настройка

Было установлено, что протеинкиназа DLK-1 стабилизируется HSPs и деградируется UPS. Избыток DLK-1 вызывает нестабильность микротрубочек и дефекты роста нейронов.

Таким образом, регулируя одни и те же белки-мишени, HSPs и UPS могут тонко настраивать уровень критических сигнальных молекул, создавая жёстко контролируемый баланс между стабильностью и деградацией белков.

Значение и перспективы

«Это исследование выявляет ранее недооценённую роль HSPs в развитии нейронов и предполагает, что HSPs не всегда защищают клеточную морфологию и функции», — сказал доктор Чжэн.

Открытие:

  • Помогает понять молекулярную основу нейроразвивающихся заболеваний, регенерации нервов и нейродегенеративных болезней.
  • Открывает новое направление для изучения антагонизма между HSPs и UPS.
  • Задаёт дальнейшую цель: идентификация общих мишеней для обеих систем, которые будут критическими точками контроля не только развития, но и регенерации нейронов.

Полное понимание взаимосвязи между шаперонингом и деградацией белков может помочь определить ключевые терапевтические мишени для многих неврологических заболеваний.