Визуализация транспорта веществ в живых клетках выявила новые станции сортировки белков

Эпителий выстилает органы человеческого тела. В коже, кишечнике и почках этот клеточный слой образует барьер, регулирующий обмен молекулами, такими как гормоны и питательные вещества. Биофизик доктор Роланд Тюнауэр и младший профессор доктор Винфрид Рёмер из Института биологии II и участники кластера передового опыта BIOSS Центра биологических сигнальных исследований Университета Фрайбурга обнаружили новый механизм транспорта белков к наружной мембране в эпителиальных клетках.

Эти клетки поляризованы: обращенная наружу клеточная мембрана, известная как апикальная мембрана, содержит другие белки, чем базолатеральная мембрана, обращенная внутрь органов. Плохо изучено, как белки транспортируются к соответствующему клеточному полюсу через крошечные мембранные контейнеры — так называемые везикулы. Клетки эпителия напоминают морской порт: вещества доставляются, отправляются, производятся и рассылаются. Понимание организации «клеточного порта» может помочь в лечении заболеваний, при которых этот транспорт нарушен.

С помощью микроскопии и скоординированного транспорта флуоресцентных белков в живых клетках Тюнауэр и Рёмер проследили путь белка от его синтеза до прибытия к апикальной клеточной мембране. В сотрудничестве с исследователями из Weill Cornell Medical College в Нью-Йорке, США, и CBL GmbH в Линце, Австрия, они выявили новые механизмы и сигнальные молекулы, ответственные за сортировку белков и их транспортировку к апикальной мембране. Ученые опубликовали свои выводы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Белки клеточной мембраны синтезируются в эндоплазматическом ретикулуме. Затем они отправляются в так называемый аппарат Гольджи и оттуда доставляются в клеточные компартменты или к клеточной мембране через мелкие везикулы. Исследователи обнаружили, что белки, предназначенные для апикальной мембраны, после выхода из аппарата Гольджи также сортируются в дополнительном компартменте: апикальных рециклирующих эндосомах (AREs). Ключевую роль в этом процессе играет белок Rab11. После выхода из AREs апикальные белки снова упаковываются в везикулы и отправляются к целевой мембране. Белок Rab11 также участвует в завершающей стадии их пути: везикулы сливаются с наружной мембраной, позволяя белкам достичь апикальной поверхности клетки.