Учёные раскрыли механизм работы важного белкового транспортного комплекса
Критически важная группа белков в клетках млекопитающих помогает им функционировать даже в неидеальных условиях.
С помощью современных методов визуализации клеток и технологии редактирования генома учёные из Висконсинского университета в Мадисоне начали расшифровывать, как этот комплекс белков выполняет свою работу. Открытие может помочь лучше понять и разработать новые методы лечения таких заболеваний, как рак, диабет и болезни, вызывающие иммунную дисфункцию.
Исследовательская группа под руководством профессора Энджона Аудхьи стремилась лучше понять, как функционирует Coat Protein Complex II (COPII). COPII — чрезвычайно важная группа белков, отвечающая за транспортировку примерно трети всех белков, функционирующих в клетках млекопитающих.
COPII был предметом Нобелевской премии по физиологии или медицине 2013 года. Новое исследование развивает эти открытия.
Клетки должны обеспечивать эффективное перемещение белков в нужные места. Ранее было установлено, что COPII — важная часть этого процесса, но никто не фиксировал, как именно этот набор белков упаковывает и транспортирует другие белки.
Для этого Аудхья и его коллеги использовали инструмент редактирования генома CRISPR/Cas9, чтобы добавить метку к отдельным белкам, участвующим в контроле внутриклеточного трафика, включая некоторые белки комплекса COPII. Метку можно было химически связать с ярким флуоресцентным красителем. Это позволило учёным отслеживать белки в живых клетках.
С помощью метода lattice light-sheet imaging команда впервые проследила, как COPII помогает доставлять клеточные белки по назначению.
Команда описала свой прогресс в статье, недавно опубликованной в журнале Nature Communications.
Исследователи обнаружили, что в среднем этот процесс доставки занимает от 45 до 60 секунд в нормальных условиях. Однако, когда клетки получают недостаточное питание (что происходит при некоторых заболеваниях и неблагоприятных условиях), этот процесс значительно замедляется, пока клетки не адаптируются.
В ходе серии экспериментов учёные идентифицировали один белок — Sec23, — который способен помочь восстановить транспортную систему COPII после сбоя. Когда исследователи увеличили выработку Sec23 внутри клеток, они увидели изменение скорости транспортировки белков. «Sec23, по-видимому, является центральным игроком в регуляции функции комплекса COPII», — говорит Аудхья.
Выявление того, что заставляет Sec23 стимулировать работу COPII, имеет потенциальные последствия для ряда заболеваний. Например, раковые клетки часто активно растут в условиях дефицита питательных веществ, отчасти за счёт выработки большего количества определённых белков, способствующих росту. Понимание молекулярных механизмов, лежащих в основе этого свойства, может выявить новые мишени для терапии.
Более точная картина процесса правильной подготовки и доставки белков клетками может углубить наше базовое понимание нормальной функции клеток и того, что может пойти не так при таких заболеваниях, как рак, диабет 2 типа, нейродегенеративные состояния и иммунные нарушения.
«Понимание этих фундаментальных процессов и регуляторных систем, существующих в клетках, может в конечном итоге проложить путь к разработке более рациональных подходов к лечению заболеваний», — говорит Аудхья.