Как дрожжевые клетки регулируют жировой баланс
Не только люди, но и каждая клетка их тела должна следить за жировым балансом. Жиры выполняют высокоспециализированные функции, особенно в клеточной мембране. Исследовательская группа из Института молекулярных наук Бухмана (BMLS) Университета Гёте во Франкфурте вместе с коллегами из Института биофизики Макса Планка обнаружила, как дрожжевые клетки измеряют доступность насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в пище и адаптируют к этому производство мембранных липидов. Это открывает новые возможности для понимания производства и распределения жирных кислот и холестерина в клетках нашего тела и управления ими в будущем, сообщают исследователи в последнем выпуске журнала Molecular Cell.
«Мембранные липиды имеют множество жизненно важных клеточных функций. Они влияют на передачу сигналов от клетки к клетке, а также на внутриклеточную коммуникацию», — объясняет профессор Роберт Эрнст. «Клетки, производящие гормоны, особенно чувствительны к нарушенному метаболизму жирных кислот и часто испытывают трудности с регулированием состава мембранных липидов. Сбой в регуляции жирных кислот может, однако, привести к гибели клеток и — в зависимости от типа клеток — спровоцировать такие заболевания, как диабет».
Первые наблюдения, что живые организмы, такие как бактерии, могут активно контролировать производство жирных кислот, были сделаны десятилетия назад. Но до недавнего времени исследователи ломали голову над тем, как высшие организмы, например грибы, такие как пекарские дрожжи, измеряют и регулируют соотношение насыщенных и ненасыщенных жирных кислот в своих мембранных липидах. Благодаря финансированию Немецкого исследовательского фонда и Общества Макса Планка рабочие группы под руководством Роберта Эрнста и Герхарда Хаммера смогли исследовать этот фундаментально важный вопрос.
Чтобы описать механизм мембранного сенсора, измеряющего степень насыщения липидов в дрожжевой клетке, исследователи использовали генетические и биохимические методы и с помощью обширного молекулярно-динамического моделирования смоделировали движения и лежащие в их основе силы мембранных липидов в течение нескольких миллисекунд.
Эти усилия показали, что механизм сенсорного восприятия основан на двух цилиндрических структурах, расположенных рядом друг с другом в биологических мембранах. Обе имеют соответственно шероховатую и гладкую поверхность и вращаются друг вокруг друга. «Это как палец в тесте для печенья, который проверяет, сколько масла было добавлено», — объясняет Роберт Эрнст. Поскольку насыщенные жиры не могут разместиться на шероховатой поверхности спирали, а ненасыщенные — могут, структура жирового сенсора меняется в зависимости от мембранного окружения. Интересно, что это конформационное изменение может контролировать последующее производство ненасыщенных жирных кислот.
«Это открытие прокладывает путь для многих дальнейших исследований», — прогнозирует Роберт Эрнст. «Обладая знаниями об этом тонком механизме в дрожжах, мы теперь можем сосредоточиться на поиске новых сенсоров в разных органеллах и видах, которые контролируют и регулируют производство ненасыщенных жирных кислот и холестерина в нашем теле». Ввиду далеко идущего потенциала этих открытий в ближайшем будущем будет организована международная конференция. Организаторы, включая исследователей из Франкфурта, ожидают, что многие клеточные функции мембранных липидов будут пересмотрены с новой точки зрения и что можно будет более целенаправленно поддерживать клетки, производящие гормоны.