Как взаимодействия белков управляют клеточной смертью

Исследователи из университетов Тюбингена и Констанца, Рурского университета Бохума, Института интеллектуальных систем Общества Макса Планка в Штутгарте и Немецкого центра исследования рака получили новые данные о белковой сети, регулирующей запрограммированную гибель клеток (апоптоз). Белки семейства Bcl-2 сложно изучать, так как они перемещаются между водянистой цитоплазмой клетки и её маслоподобными мембранами. Существует лишь несколько методов для анализа белковых взаимодействий в обеих средах. С помощью специального типа спектроскопического анализа команда расшифровала сложное взаимодействие трёх компонентов сети. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Клеточный отряд самоуничтожения

"Наше хорошее здоровье зависит от строгой регуляции деления и гибели клеток", — говорит доктор Стефани Блайкен. Когда эти механизмы дают сбой, могут возникнуть рак и нейродегенеративные заболевания. "Апоптоз — своего рода план самоубийства клетки — это важный защитный механизм организма для избавления от повреждённых, состарившихся или ненужных клеток".

Семейство белков Bcl-2 определяет момент начала апоптоза. Одни члены семейства запускают в клетке процессы, ведущие к её гибели, например, открывая поры в мембране митохондрий — "электростанций" клетки. Эти поры высвобождают вещества, запускающие апоптоз как необратимый процесс. Другие члены семейства Bcl-2 предотвращают открытие пор, тем самым блокируя процесс клеточной смерти. Таким образом, взаимодействие между белками Bcl-2 является ключом к пониманию апоптоза.

Игровая площадка для белков

В новом исследовании учёные пролили свет на координацию сети Bcl-2, используя флуоресцентную корреляционную спектроскопию. В своей упрощённой лабораторной модели они воспроизвели три основных компонента белковой сети и исследовали их в среде, приближенной к клеточной.

"Живые клетки состоят из тысяч различных молекул, которые осуществляют бесчисленные взаимодействия и могут запускать множество реакций", — говорит профессор Ана Гарсия-Саез из Университета Тюбингена. "Чтобы понять отдельные компоненты в этой сложной сети, полезно сначала наблюдать их в предельно упрощённой среде, в которую можно постепенно добавлять новые компоненты". Исследователи анализировали белки в средах, имитирующих цитоплазму или митохондриальную мембрану.

Разные взаимодействия в мембране и цитоплазме

Взаимодействия белков сильно зависели от их окружения. В мембранах были возможны иные взаимодействия по сравнению с цитоплазмой. "Это важное открытие, потому что взаимодействия в мембране имеют решающее значение для запуска апоптоза", — отмечает Гарсия-Саез. "Но эту среду технически исследовать гораздо сложнее, чем цитоплазму".

Поскольку исследователи могли сравнивать поведение белков в обеих средах, им удалось согласовать и объединить более ранние данные, которые, казалось, давали противоречивые результаты. "Белки Bcl-2 регулируют апоптоз, который, в свою очередь, тесно связан с такими заболеваниями, как рак. Лучшее понимание функций этих белков критически важно для создания хорошей отправной точки при разработке новых лекарств", — заключают учёные.