Как клетки продолжают расти даже под атакой

Биохимики из Массачусетского университета в Амхерсте обнаружили, что система сдерживания повреждений в стрессированных бактериях может быть перегружена и заблокирована. Это заставляет клетки активировать совершенно другие пути, чтобы обеспечить продолжение нормального роста.

Аспирант программы по молекулярной и клеточной биологии Рили Зейнерт и его научный руководитель профессор Питер Чиен сообщают о своих экспериментах и открытии в недавнем выпуске журнала Molecular Cell. Исследование показывает, как бактерии переключаются для реакции на различные стрессы, но при этом поддерживают нормальные клеточные функции, такие как репликация ДНК.

В бактериях протеаза Lon разрушает поврежденные белки, защищая клетки от их токсического воздействия, а также деградирует нормальные сигнальные белки. Стресс, токсичный для белков (например, вызывающий их неправильное сворачивание), заставляет бактерии не только пытаться удалять эти поврежденные белки, но и поддерживать процессы роста, такие как репликация ДНК.

Авторы показывают, что при стрессе увеличение количества поврежденных белков временно перегружает протеазу Lon. Это приводит к стабилизации сигнальных белков, которые в норме деградировались бы с помощью Lon, и запускает каскад ответных реакций.

«Неправильно свернутые белки — это канарейки в угольной шахте. Когда их накапливается так много, что Lon блокируется, клетки реагируют, включая пути, необходимые для обеспечения роста».

В частности, клетки увеличивают количество дезоксинуклеотидов — строительных блоков, необходимых для репликации ДНК.

Этот новый путь был обнаружен случайно, когда исследователи изучали, как различные гены зависят от протеазы Lon. Они выяснили, что потеря гена, в норме необходимого для синтеза дезоксинуклеотидов, переносится клетками с пониженной активностью Lon. Это означало, что, уменьшая активность Lon, клетки компенсируют это, производя больше дезоксинуклеотидов. Этот результат был подтвержден с помощью метаболомики — метода, измеряющего сотни химических веществ в клетке одновременно.

Метаболомика показала существенный сдвиг во всех строительных блоках для синтеза ДНК, когда активность Lon была нарушена. Одновременно было замечено, что при стрессе клетки также производят больше этих молекул. Эта связь позволила определить, что именно поврежденные белки, возникающие из-за стресса, вызывают блокировку активности Lon, что и приводит к такой реакции.

Питер Чиен отмечает, что поскольку все клетки должны поддерживать нормальный рост даже в стрессовых условиях и все клетки содержат очищающие протеазы, деградирующие отработанные белки, подобная регуляция может работать и в других биологических ответах.

«Раковые клетки также постоянно растут в условиях белкового стресса, поэтому понимание того, как клетки в целом используют конкуренцию протеаз для реакции на стресс, приводит к заманчивым предположениям, что мы можем ингибировать сходные пути, чтобы блокировать неконтролируемый рост».

Исследование финансировалось Национальным институтом общих медицинских наук (NIGMS) в форме гранта MIRA Питеру Чиену и программой подготовки по химии и биологии, которая также поддерживала Рили Зейнерта.