Команда учёных раскрыла давнюю тайну о том, как клетки избегают разрыва

Учёные из Института Скриппса (TSRI) идентифицировали давно разыскиваемый белок, который обеспечивает одну из базовых функций клеток — регуляцию их объёма, чтобы предотвратить чрезмерное набухание.

Идентификация белка, названного SWELL1, решает многолетнюю загадку клеточной биологии и указывает на его роль в здоровье и болезнях, включая серьёзный иммунодефицит, который, по-видимому, является следствием его неправильной работы.

«Знание идентичности этого белка и его гена открывает новое широкое направление исследований», — сказал руководитель исследования Ардем Патапутян, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) и профессор TSRI.

Отчёт представлен на обложке журнала Cell от 10 апреля 2014 года.

Раскрытие тайны

Вода относительно легко проходит через мембрану большинства клеток и стремится течь в направлении, которое выравнивает концентрацию растворённых молекул («растворённых веществ»). «Вода, по сути, следует за растворёнными веществами», — объяснил Чжаочжу Цю, первый автор исследования. «Любое уменьшение концентрации растворённых веществ снаружи клетки или увеличение внутри заставит клетку набухать от воды».

Десятилетиями эксперименты демонстрировали существование ключевого «предохранительного клапана» от этого набухания: неидентифицированного ионного канала в клеточной мембране, названного VRAC (volume-regulated anion channel). VRAC открывается в ответ на набухание клетки и позволяет выходить ионам хлора и некоторым другим отрицательно заряженным молекулам, за которыми следуют молекулы воды, уменьшая набухание.

«В течение последних 30 лет учёные знали о существовании этого VRAC-канала, но не знали его молекулярной идентичности», — сказал Патапутян.

Поиск белков, составляющих VRAC, и их генов был сложной технической задачей. В новом исследовании Цю и коллеги создали быстрый «высокопроизводительный» скрининг-тест на основе флуоресценции. Они создали человеческие клетки, производящие флуоресцентный белок, свечение которого гасилось, когда клетки набухали и открывались VRAC-каналы.

С помощью специалистов по автоматизированному скринингу из Genomics Institute of the Novartis Research Foundation (GNF) команда культивировала большие массивы клеток и, используя технику РНК-интерференции, блокировала активность разных генов в каждой группе клеток.

Цель состояла в том, чтобы найти группы клеток, которые продолжали светиться — это указывало бы, что инактивация гена нарушила работу VRAC.

Таким образом, после нескольких раундов тестов команда просеяла человеческий геном и в итоге нашла один ген, нарушение работы которого надёжно прекращало активность VRAC. Это был ген, открытый в 2003 году и каталогизированный как «LRRC8». Хотя он, по-видимому, кодировал трансмембранный белок (как и ожидается для ионного канала), о нём почти ничего не было известно. Команда переименовала его в SWELL1.

Потенциальная роль в заболеваниях

Дальнейшие исследования показали, что SWELL1 действительно локализуется в клеточной мембране, как и положено белку ионного канала. Эксперименты Адриенн Дюбин показали, что определённые мутации SWELL1 изменяют ионную проводимость VRAC-канала, что указывает на то, что SWELL1 является центральным компонентом самого ионного канала.

«Это по крайней мере основная часть VRAC-канала, который клеточные биологи искали всё это время», — сказал Патапутян.

Патапутян, Цю и их коллеги продолжат изучение SWELL1, в том числе исследуют, что происходит с лабораторными мышами, у которых отсутствует этот белок в различных типах клеток.

Любопытно, что ген SWELL1 впервые привлёк внимание учёных, потому что его мутантная, дисфункциональная форма вызывает очень редкий тип агаммаглобулинемии — отсутствие продуцирующих антитела B-клеток, что делает человека чрезвычайно уязвимым к инфекциям. Это предполагает, что SWELL1 необходим для нормального развития B-клеток.

«Предыдущие исследования также указывали на то, что этот объём-чувствительный ионный канал вовлечён в инсульт из-за связанного с ним отёка ткани мозга, а также может участвовать в секреции инсулина клетками поджелудочной железы», — сказал Патапутян. «Так что существует много намёков на его связь с заболеваниями — теперь нам просто нужно всё это выяснить».