Сложное строение клеточной транспортной системы
Исследователи из EMBL в Гейдельберге получили детальные изображения сложных белковых оболочек, окружающих транспортные везикулы — «транспортные капсулы», перемещающие вещества внутри биологических клеток. Исследование, опубликованное в Science, даёт новое понимание сложных механизмов, составляющих логистическую сеть клетки.
Везикулы отвечают за транспортировку молекул между различными компартментами внутри клетки, а также за поглощение материала извне. Существует несколько типов везикул, каждый из которых имеет специфическую оболочку, состоящую из разных белков и собирающуюся на мембране, окружающей везиклу.
Команда EMBL детально изучила оболочку под названием COPI. Она окружает везикулы, перемещающие материал внутри аппарата Гольджи и к эндоплазматическому ретикулуму (ЭПР) — областям клетки, где белки синтезируются и модифицируются перед транспортом к клеточной поверхности.
Используя технику крио-электронной томографии, при которой образцы замораживают при очень низких температурах, чтобы избежать химической фиксации или окрашивания, исследователи объединили данные с сотен везикул, чтобы построить 3D-изображение оболочки COPI. Это позволило им получить самые детальные на сегодняшний день изображения белковой оболочки везикулы, собранной на её мембране.
Эта техника визуализации всё ещё находится в зачаточном состоянии, и хотя учёные ранее могли собрать структурную информацию о частях мембранных оболочек других типов везикул, впервые была создана модель полной собранной оболочки везикулы.
Результаты оказались неожиданными: в отличие от других типов везикул, где оболочка, как считается, состоит из белков, собранных в разные слои (каждый со своей функцией) вокруг мембраны, команда EMBL обнаружила, что белки в оболочке COPI все переплетаются вместе в один большой слой, который изогнут, чтобы соответствовать форме мембраны. Более точно, оболочка COPI состоит из повторяющихся строительных блоков, называемых «триадами», которые содержат все важные функциональные элементы, организованные в точную 3D-структуру.
«До сих пор мы могли видеть разные элементы оболочки везикулы, но не могли получить полную и детальную картину оболочки, собранной на мембране везикулы. Это важный шаг вперёд для нашего понимания внутриклеточного транспорта», — объясняет Джон Бриггс, руководивший исследованием.
«Наши изображения показали нам, как расположены белки, составляющие оболочку, и было удивительно обнаружить, насколько COPI отличается, например, от везикул, покрытых клатрином или COPII», — добавляет соавтор статьи Светлана Додонова. — «Наш следующий шаг — попытаться выяснить, как эта оболочка формируется и связывается с мембраной везикулы и как она организуется в такие сложные формы».