Хлоридный канал ASOR необходим для сокращения везикул
С момента открытия хлоридного канала ASOR три года назад исследователи искали его биологические функции.
Команда профессора Томаса Йенча из FMP и MDC в Берлине обнаружила, что ASOR необходим для сокращения макропинососом — особенно крупных везикул, которые неспецифически захватывают большие объёмы внеклеточной жидкости, включая ионы и белки. Этот процесс особенно важен для определённых иммунных и раковых клеток. Более того, в условиях бедной питательными веществами среды рост опухолевых клеток, лишённых ASOR, усиливался. Работа также впервые представляет последовательную модель ион-зависимого сокращения этих везикул. Результаты опубликованы в Nature Cell Biology.
Макропиносомы — это особенно крупные везикулы, образующиеся в результате особой формы эндоцитоза, называемой макропиноцитозом. Этот процесс происходит практически во всех клетках, но исключительно выражен в специализированных иммунных клетках (макрофагах) и опухолевых клетках.
Созревание везикул и обработка захваченных материалов требуют их сокращения. Этого нельзя достичь только за счёт отпочковывания мелких везикул. Вода, осмотически движимая пассивным транспортом солей через ионные каналы, должна покидать везикулы. В отсутствие осмотического сжатия мелкие везикулы не могут отщепляться из-за высокого натяжения мембраны.
В своей новой работе команда Йенча из Института молекулярной фармакологии им. Лейбница (FMP) и Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка (MDC) показала, что для сокращения везикул важны ни CLC-обменники, ни канал VRAC. Ключевую роль явно играет ASOR. Группа Йенча клонировала этот кислотно-чувствительный ионный канал только в 2019 году.
Сокращение регулируется кислотно-чувствительным каналом и pH
«Мы смогли показать, что ASOR критически необходим для сокращения макропиносом», — говорит Томас Йенч. «Все другие кандидаты, которых мы исследовали, не оказывали эффекта».
Для изучения процесса исследователи выделили макрофаги из различных линий мышей с нокаутом генов, которые они создали ранее. Каждый из штаммов мышей не имел определённого хлоридного транспортера. Сокращение макропиносом диаметром 1–3 микрометра можно отслеживать с помощью световой микроскопии в живых видео. Используя этот подход, стало ясно, что везикулы от мышей с нокаутом ASOR сокращались гораздо медленнее, чем у дикого типа, и что их сокращение зависит от pH. Ощелачивание макропиносом нарушало потерю объёма.
«Это логично, потому что ASOR активируется кислотой», — говорит первый автор исследования Мария Зезиуля. «Теперь мы знаем, что ASOR присутствует не только в плазматической мембране, но и на различных внутриклеточных органеллах, эндосомах, которые, как известно, закисляются. Таким образом, закисление просвета — в дополнение к двум натриевым каналам и ASOR — играет очень важную роль в сокращении этих везикул».
Модель с высокой предсказательной силой
Исследователи интегрировали ASOR, натриевые каналы и процессы закисления везикул в простую математическую модель. Это не только позволило проверить правдоподобность предложенного механизма, но и сделать полуколичественные предсказания параметров, которые трудно измерить, например, динамически меняющегося электрического напряжения на мембране везикулы. «Математическая модель очень хорошо предсказывает наши результаты. Впервые у нас есть последовательная модель для сокращения этих везикул», — объясняет Томас Йенч.
Сокращение везикул необходимо для отпочковывания транспортных везикул, которые, среди прочего, обеспечивают транспорт поглощённых веществ обратно наружу. Эта рециклизация позволяет им избежать деградации ферментами из лизосом, которые сливаются с макропиносомами на более поздней стадии.
Опухолевые клетки, лишённые ASOR, растут лучше
В экспериментах с опухолевыми клетками учёные показали, что может произойти, если этот сложный механизм работает неправильно: клетки, в которых был устранён ASOR, росли быстрее при отсутствии внеклеточных аминокислот, но наличии внеклеточных белков. Почему? Уменьшенное сокращение означает меньшую рециклизацию, поэтому опухолевые клетки могли получать больше белков из в остальном бедной питательными веществами среды. Среди этих белков заметно присутствует альбумин, который физиологически присутствует в высоких концентрациях.
«Макропиноцитоз гиперактивен в опухолях с мутациями в онкогене K-RAS», — объясняет Томас Йенч. «Это приводит к усиленному захвату внеклеточных белков опухолевыми клетками. Затем они деградируют лизосомами до аминокислот, которые используются для питания и роста клеток». Публичные базы данных опухолей подтверждают этот вывод: у пациентов с раком поджелудочной железы выживаемость была ниже, если их опухоль содержала меньше ASOR.
На следующем этапе берлинские исследователи планируют изучить другие транспортеры, а также водные каналы, которые также могут быть вовлечены в сокращение макропиносом. Новые данные дополнят модель везикул.