Сохранённая киназа защищает клетки от эндосомной пробки

Некоторые молекулы имеют единственную, высокоспецифичную функцию, в то время как другие играют гораздо более широкую роль. Киназы семейства IKK (inhibitor of nuclear factor κB (NF-κB) kinase) относятся ко второму типу, участвуя в работе иммунной системы, развитии рака и дифференцировке. Ранее было показано, что родственная киназа IKKε у Drosophila регулирует цитоскелет и удлинение клеток в различных контекстах. Однако механизм этого оставался неизвестным.

Новое исследование Тетсухисы Отани из Лаборатории морфогенетической сигнализации (Шигео Хаяши) и коллег, проведённое совместно с лабораториями электронной микроскопии и протеомики RIKEN CDB, раскрывает этот механизм. В статье, опубликованной в Developmental Cell, группы показали, что этот фактор регулирует перемещение эндосом в кончиках растущих механосенсорных щетинок, меняя направление их транспорта с входящего на исходящий.

Щетинки формируются из одиночных клеток на стадии куколки. Предыдущие данные указывали на экспрессию IKKε в кончиках этих структур. Отани исследовал активную, фосфорилированную форму молекулы и обнаружил, что она действительно накапливается на кончиках растущих щетинок. Изучив организацию цитоскелета в этих структурах у дикого типа и мутантов по IKKε, он обнаружил, что у мутантов актиновые пучки плохо организованы и часто не прикреплены к точкам якорения в клеточной коре. Просвечивающая электронная микроскопия также показала, что хотя микротрубочки у мутантов сохраняли обычную ориентацию, в этом пространстве накапливалось аномальное количество везикул, что указывало на нарушение транспорта.

Исследование маркеров везикул выявило перспективного кандидата — Rab11, белок рециркулирующих эндосом, известный своей важной ролью в морфогенезе щетинок. В отличие от скопления вокруг кончика у контрольных животных, у мутантов по IKKε Rab11 образовывал сгустки в стволе щетинки. Другие маркеры эндосом также показали аномальную локализацию. Эффект был воспроизведён в культуре клеток, где мутантная IKKε вызывала агрегацию Rab11.

Какова же связь между дефектами актиновых пучков и распределением эндосом у мутантов? Изучив временную динамику, Отани обнаружил, что накопление Rab11 предшествует нарушению организации актина и не зависит от различных мутаций, нарушающих сборку актиновых филаментов. Это говорит о независимости ролей IKKε в распределении Rab11 и организации актиновых пучков.

С помощью фотообесцвечивания и покадровой съёмки учёные проследили локализацию Rab11 во времени. В норме Rab11 движется вдоль щетинки, перемещаясь между стволом и кончиком в состоянии динамического равновесия. Скорость и общая направленность этого движения варьировались, достигая максимума во время удлинения щетинки. В поисках механизма группа исследовала функциональные связи между IKKε, Rab11 и эффектором Rab11 — белком Nuf, который связывается с Rab11 и лёгкой промежуточной цепью динеина (компонентом микротрубочкового транспорта). Результаты указали на противоположные роли IKKε и Nuf в трафике Rab11. Этот антагонистический эффект, по-видимому, обусловлен фосфорилированием Nuf по специфической аминокислоте (серин 225) киназой IKKε. Предварительные эксперименты с гомологами IKKε в клетках млекопитающих показали, что функция этого фактора в транспорте рециркулирующих эндосом консервативна.

«Помимо роли транспортных средств для клеточных материалов, эндосомы также служат платформой для различных сигнальных активностей в пролиферации клеток и иммунитете, — говорит Хаяши. — Идентификация новых мишеней IKKε проливает свет на роль эндосомного трафика в морфогенезе, врождённом иммунитете и раке».