Клеточный ответ на стресс оказался сложнее, чем считалось

Новое исследование, опубликованное в eLife, показывает, что шаги, которые клетки предпринимают в ответ на стрессовые вызовы, гораздо сложнее, чем предполагалось ранее. Работа изучает систему, актуальную для рака, вирусных инфекций, диабета, а также болезней Паркинсона и Лу Герига (БАС), и выявляет множество случаев «целенаправленной неэффективности» в поведении клеток.

Каждая клетка человеческого тела производит до 1.5 миллиона молекул белка в минуту, и правильное сворачивание белков — критически важная задача. Накопление неправильно свернутых белков угрожает клеточному здоровью и может привести к гибели клетки. Этот «клеточный стрессовый ответ» централен для многих заболеваний.

Используя комбинацию передовых технологий и анализов, исследователи изучили реакцию раковых клеток человека на неправильно свернутые белки в течение нескольких часов и с разных точек зрения. Они разработали вычислительные инструменты для интеграции данных и извлечения сигнала для тысяч генов на разных этапах их регуляции.

Неожиданные открытия

«Нормальный процесс создания белков из генов состоит из двух основных шагов: транскрипции и трансляции», — объясняет Кристин Фогель, ведущий автор исследования. — «Казалось бы, при накоплении неправильно свернутых белков самым простым ответом было бы отключить эти два шага. И действительно, мы наблюдали это для многих генов».

Однако ученые также обнаружили удивительное количество совершенно иных реакций:

• Многие гены не участвовали в глобальном отключении трансляции, а, наоборот, увеличивали второй шаг синтеза, производя еще больше белковых молекул.
• Другие гены снижали трансляцию, но при этом увеличивали первый шаг — транскрипцию, что выглядит неэкономичным процессом.

Гипотезы «целенаправленной неэффективности»

Почему клетки часто не выбирают самый простой путь, остается предметом обсуждения.

«Клетки гораздо умнее, чем просто всё выключать при стрессе, — говорит Фогель. — Для некоторых генов клеткам нужно очень быстро нарастить синтез при появлении неправильно свернутых белков — например, чтобы поддержать систему повторного сворачивания. Чтобы сэкономить время, клетка постоянно проводит для этих генов первый шаг несколько "расточительным" образом, чтобы оставалось сделать только второй шаг, когда белки понадобятся. Для других генов клетка активирует производство белка наполовину "на всякий случай", готовясь ко всем возможным сценариям».

Эти новые пути могут предложить направления для понимания и, возможно, даже лечения связанных заболеваний. Исследователи планируют продолжить изучение этих новых направлений.