Крупномасштабный скрининг выявил, как многочисленные сигнальные пути пересекаются в главном центре обработки белков клетки

Многие белки, особенно секретируемые или встроенные в клеточную мембрану, подвергаются обширной модификации после синтеза. Это происходит в аппарате Гольджи — клеточной органелле, состоящей из нескольких мембраносвязанных компартментов, называемых цистернами. Каждая из них содержит специфические наборы ферментов, модифицирующих белки.

Функция Гольджи сильно зависит от правильной организации, особенно в клетках млекопитающих. В масштабном исследовании группа под руководством Фредерика Барда из Института молекулярной и клеточной биологии A*STAR идентифицировала белки, поддерживающие структуру и функцию этой органеллы. Многие критические клеточные функции управляются сигнальными ферментами — киназами и фосфатазами, которые добавляют или удаляют фосфатные группы с белков-мишеней. Исследователи сосредоточились на наборе из 948 белков, охватывающем большинство этих ферментов.

Учёные использовали технику РНК-интерференции, чтобы специфично снизить продукцию каждого белка в культивируемых клетках, а затем применили сложную стратегию визуализации, чтобы определить влияние на разные подмножества цистерн Гольджи. Серия пилотных экспериментов с обработками, известными своим влиянием на функцию Гольджи, позволила «обучить» программное обеспечение для анализа изображений распознавать физиологические признаки, связанные с разными нарушениями. Параллельно команда использовала целенаправленную стратегию флуоресцентного мечения, чтобы «раскрасить» различные субкомпартменты Гольджи и определить, какие из них были затронуты в каждом эксперименте.

С помощью обученного алгоритма исследователи идентифицировали 159 сигнальных факторов, которые, по-видимому, вносят вклад в организацию и структуру Гольджи. Многие из них были напрямую связаны с критическими функциями органеллы, такими как динамическое поведение мембран цистерн или транспортная система, перемещающая молекулы между цистернами. Некоторые из выявленных мишеней специфично передают сигналы в ответ на внеклеточные стимулы, что указывает на сильное влияние внешней среды на организацию Гольджи.

Важно, что многие из этих сигнальных факторов оказывают особенно сильное влияние на паттерны гликозилирования белков. «Сложность и разнообразие глико-фенотипов, возникающих при истощении сигнальных генов, были очень удивительными», — говорит Бард. Учитывая, что и сигнальные пути, и гликозилирование белков часто нарушаются в раковых клетках, эти данные предполагают, что аппарат Гольджи может быть важным узлом для некоторых опухолевых процессов. Бард планирует изучить эту возможность в будущей работе: «Мы планируем расшифровать специфические каскады регуляции гликозилирования, которые часто активируются в опухолевых клетках».