Выявлена стратегия клеток по борьбе с накоплением неправильно свернутых белков
Исследовательская группа «Окислительный стресс и клеточный цикл» в UPF определила основную стратегию клеток для борьбы с накоплением неправильно свернутых белков. В работе, опубликованной в журнале Cell Reports, использовалась модель дрожжей Schizosaccharomyces pombe для изучения контроля качества белков. Исследование возглавила Елена Идальго, а его первыми авторами стали постдоки Маргарита Кабрера и Сусанна Боронат.
Белки состоят из цепочек аминокислот и в процессе формирования должны свернуться, чтобы приобрести правильную форму для выполнения своих функций. Однако при стрессе или повреждении клеток, например, из-за высоких температур, некоторые белки могут сворачиваться неправильно. Ученые задались вопросом: что клетки делают с такими белками?
Есть три пути решения проблемы:
- Попытаться исправить укладку, чтобы восстановить функцию, но это сложно, если стрессовые условия сохраняются.
- Уничтожить неправильно свернутые белки с помощью протеасом.
- Как показало исследование, доминирующий путь у дрожжей — это третий вариант: формирование агрегатов для защиты неправильно свернутых белков от деградации.
Двойная роль шаперонов
Шапероны — это биологические машины, чья функция заключается в правильном сворачивании белков. Обычно они предотвращают агрегацию. Однако в условиях стресса из-за высоких температур ученые выявили шапероны, которые играют ключевую роль в усилении пути агрегации. Они определяют, что исправление укладки не решение, и активно способствуют агрегации.
Эти шапероны работают парами: один распознает неправильно свернутый субстрат (обнаруживая обычно скрытые области белка), а другой принимает его. Таким образом, при стрессе шапероны немного меняют свою роль, чтобы способствовать агрегации.
Хотя агрегаты обычно ассоциируются с токсичностью (например, при нейродегенеративных заболеваниях), в данном случае они благоприятны. Главное преимущество агрегации перед деградацией в том, что при возвращении к оптимальным условиям белки могут снова свернуться и восстановить функцию. Синтез белков требует от клетки много ресурсов, а сохранение «резервуара» позволяет не производить их заново. В исследовании использовали кратковременное воздействие высоких температур, чтобы повреждение было обратимым.
Schizosaccharomyces pombe как модель для понимания сложных механизмов
Исследование проводилось на дрожжах Schizosaccharomyces pombe, которые имеют простую, легко манипулируемую генетику. Многие базовые молекулярные механизмы дрожжей можно экстраполировать на другие эукариотические организмы. При изучении такого сложного процесса, как стабильность белков, полезно начинать с простой модели.
Как отмечает Маргарита Кабрера: «Мы хотели бы начать новую линию исследований и изучить формирование белковых агрегатов в других модельных организмах и в процессе старения».
В исследовательскую группу вошли Маргарита Кабрера, Сусанна Боронат, Луис Марте, Монтсеррат Вега, Хосе Айте и Елена Идальго из UPF, а также Пилар Перес из Института функциональной биологии и геномики (IBFG) CSIC и Университета Саламанки.