Как образуется «хороший холестерин»? Метод визуализации показал механизм производства на молекулярном уровне

Липопротеины высокой плотности (ЛПВП), также известные как «хороший холестерин», удаляют избыток холестерина из тканей организма и транспортируют его в печень. Этот процесс, как известно, предотвращает атеросклероз — образование бляшек в стенках артерий. Атеросклероз связан с опасными для жизни состояниями, включая инфаркты, инсульты, аневризмы и тромбы. Несмотря на важность ЛПВП, у учёных до сих пор ограниченное понимание того, как они образуются.

«Исторически считалось, что ЛПВП извлекают избыток холестерина из клеток посредством пассивной диффузии», — объясняет ведущий исследователь профессор Кадзумицу Уэда из Института комплексных наук о клетках и материалах (iCeMS) Киотского университета.

«Однако в 1999 году генетический анализ болезни Танже, состояния, характеризующегося низким уровнем ЛПВП в крови, показал, что белок ABCA1, АТФ-зависимый транспортер, был необходим для производства ЛПВП. Это только углубило загадку — как образуются ЛПВП и что именно они делают?»

Теперь команда исследователей из iCeMS использовала новый метод визуализации, чтобы раскрыть молекулярный механизм образования ЛПВП. Они показали, как ABCA1 генерирует молекулы ЛПВП. Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.

Изначально команда предполагала, что ABCA1 временно хранит около 500 молекул холестерина и фосфолипидов в своём внеклеточном домене (ECD) — части ABCA1, выступающей за пределы клетки. Хотя ECD у ABCA1 особенно велик, раннее исследование с использованием криоэлектронной микроскопии показало, что ECD ABCA1 образует «туннель», который может вместить менее десяти молекул липидов за раз.

Чтобы заглянуть в эту микроскопическую загадку, Ацуси Кодан из команды Уэды сотрудничал с командой Нориюки Кодера из Института нано-наук о жизни (Nano-LSI) Университета Канадзавы, которая разработала высокоскоростную атомно-силовую микроскопию, использованную в этом исследовании. Эта техника позволяет исследователям наблюдать молекулярные процессы с субсекундным временным и нанометровым пространственным разрешением. «Лишь несколько исследовательских групп в мире могут провести такой эксперимент», — говорит Уэда.

Они увидели, что генерация ЛПВП — гораздо более сложный процесс, в котором ABCA1 переносит липиды в ECD посредством гидролиза АТФ, высвобождающего химическую энергию, запасённую в связях АТФ. ECD временно формирует новую структуру для хранения большого количества липидов, которые затем массово загружаются на аполипопротеин A-I (апоА-I). Во время этого процесса ECD претерпевает внезапную и динамичную перестройку, теряя около 30% своего объёма. Загрузка липидов на апоА-I приводит к образованию зарождающихся ЛПВП.

«Физиологические роли ЛПВП и холестерина часто не до конца понятны», — говорит Уэда. «Уточняя функцию и регуляторные механизмы ABCA1, мы надеемся способствовать более точному пониманию».

Команда надеется, что улучшенное понимание того, как образуются ЛПВП и какие функции они выполняют, может помочь исследованиям, сосредоточенным на роли как «хорошего», так и «плохого» холестерина в организме, и информировать лечение заболеваний, связанных с холестерином.

Кодан отмечает, что использованная командой высокоскоростная атомно-силовая микроскопия позволила им выполнить съёмку мембранных белков сбоку, что является редким и сложным достижением. «Эта новая методология эффективной съёмки сбоку человеческого ABCA1 имеет потенциал для применения в широком спектре систем мембранных белков, включая транспорт липидов, лекарств и продуктов метаболизма», — говорит он.