Стрессовый белок Hsp12 обеспечивает клеточный механизм выживания, не имеющий аналогов

Немецкие исследователи раскрыли, как работает Hsp12 — белок теплового шока (стрессовый белок), помогающий клеткам выживать в угрожающих условиях. Этот защитный механизм, описанный в выпуске журнала Molecular Cell от 27 августа, не похож ни на один из ранее наблюдавшихся.

В ответ на стресс одноклеточный модельный организм S. cerevisiae (пекарские дрожжи) увеличивает производство Hsp12 в несколько сотен раз. Несмотря на классификацию Hsp12 как белка теплового шока (HSP), новое исследование показало, что он структурно и функционально отличается от всех ранее изученных стрессовых белков и представляет собой совершенно новый их класс.

Новый принцип защиты

«Это новая концепция защиты клеток от стресса, — говорит профессор Йоханнес Бюхнер. — Это самый обильный белок в дрожжах S. cerevisiae при стрессе, и мы обнаружили, что он не защищает другие белки от разворачивания или агрегации, как это делают другие HSP. Вместо этого он связывается с мембранами и стабилизирует их, предотвращая разрывы и утечки».

Механизм действия

В отличие от других стрессовых белков, Hsp12 в своем нативном состоянии полностью развернут. Он существует как в растворе (в водном цитозоле клетки), так и в ассоциации с плазматической мембраной. Механизм защиты работает следующим образом:

1. В ответ на стресс синтез Hsp12 увеличивается.
2. Более высокая концентрация белка приводит к его большему контакту с мембраной.
3. Взаимодействуя с мембраной, Hsp12 сворачивается, образуя спиральные структуры, которые частично встраиваются в нее.
4. Спирали Hsp12 связываются с определенными типами липидов, что меняет организацию мембраны, повышая ее целостность и стабильность, но не состав.
5. Превращение Hsp12 из развернутого состояния в растворе в свернутое состояние в качестве мембранного шаперона полностью обратимо.

Экспериментальное подтверждение

Этот механизм был раскрыт в ходе сложной серии экспериментов с использованием «дикого типа» S. cerevisiae и «нокаутного» штамма дрожжей, неспособного синтезировать Hsp12. Исследование задействовало более десятка передовых аналитических методов.

Было установлено, что механизм выживания, обеспечиваемый Hsp12, функционирует при различных видах стресса:

• Тепловой шок
• Окислительный стресс
• Осмотический стресс (внезапное изменение раствора вокруг клетки)

Эксперименты также показали защитную функцию при старении и подтвердили, что Hsp12 улучшает здоровье дрожжевых клеток в нормальных физиологических условиях.

Эволюционный контекст и будущие вопросы

Поскольку эукариоты, включая человека, разделяют многое из эволюционного наследия дрожжей, открытие поднимает новые вопросы:

• Насколько широко распространен и консервативен новый защитный механизм?
• Когда и в каких организмах он развился?
• Является ли он уникальным для S. cerevisiae?

Биоинформатический поиск в геномах показал, что последовательности ДНК других грибов кодируют белки, которые можно считать «членами семейства» Hsp12. Также был идентифицирован один белок в нейронах человека, который может обладать схожими чертами, но окончательных ответов пока нет.