Исследование показывает, как клетки формируют «мешки для мусора» для переработки отходов

Чтобы удалять отходы из клеток, класс белков, формирующих мембраны, создает везикулы — молекулярные мешки для мусора. Они переносят старые и поврежденные белки с поверхности клеточных компартментов во внутренние «заводы по переработке», где отходы расщепляются, а компоненты используются повторно.

Исследование Корнеллского университета, опубликованное 12 октября в журнале Cell, может объяснить, как эти белки, формирующие мембраны и известные как Endosomal Sorting Complexes Required for Transport (ESCRT), создают везикулы. Этот процесс оставался загадкой с момента открытия ESCRT более десяти лет назад.

Если эти «мешки для мусора» не могут выполнить свою задачу, возникают многочисленные заболевания, включая рак и нейродегенеративные болезни. Более того, вирусы, такие как ВИЧ, могут захватывать эти белки, чтобы вырваться из инфицированных клеток.

Исследование, проведенное под руководством Майка Хенна и Николаса Бучковича, описывает, как ученые реконструировали часть аппарата ESCRT — комплекс, известный как ESCRT-III, который изгибает клеточные мембраны. Это ключевой этап перед тем, как оболочка в конечном итоге отшнуровывается и замыкается, образуя везикулу. Процесс изгиба мембраны визуализировали с помощью мощного электронного микроскопа.

Исследователи показали, что белки в комплексе ESCRT-III работают поэтапно:

• Один белок собирается в спирали.
• Другие белки преобразуют эти спирали в более плотные винтообразные структуры.
• Эти структуры изгибают клеточную мембрану перед формированием везикулы.

«Мы полагаем, что эти эксперименты показывают: ESCRT-III — это динамичный комплекс, который генерирует везикулы, формируя похожую на пружину нить, способную изгибать мембраны», — сказал Хенн. Это может быть новым методом создания мембранной кривизны в клетках.

Весь аппарат ESCRT состоит из пяти отдельных комплексов, которые должны работать вместе. Считается, что они рекрутируют друг друга на поверхность везикул в определенной последовательности.

После визуализации ESCRT-III исследователи изучили, как он взаимодействует со своим соседом и рекрутером — комплексом ESCRT-II. Они обнаружили, что ESCRT-II контролирует архитектуру ESCRT-III, но также работает с ним, создавая крошечные кольца ESCRT-III на поверхности мембраны. Поскольку ESCRT-II содержит специализированный белок, ответственный за захват «мусора», ученые полагают, что ESCRT-II и ESCRT-III совместно сначала захватывают, а затем заключают клеточный мусор в это кольцо ESCRT-III, прежде чем оно созреет в изгибающую мембрану «пружину».

Везикулы переносят различные клеточные материалы, включая белковые отходы. Они также регулируют рецепторы клеточной сигнализации на поверхности клетки, интернализуя их и тем самым выключая, прежде чем те будут доставлены в «заводы по переработке» клетки — лизосомы, где расщепляются пищеварительными ферментами.

Раскрытие этих этапов процесса открывает путь для будущих исследований, чтобы изучить, как опосредован финальный момент формирования везикулы — этап «отшнуровывания» (scission), который запечатывает «мешок». Отшнуровывание везикул остается одним из нерешенных вопросов в этой области.