Ученые раскрыли ключевые этапы формирования клеточных "центров переработки"

Автофагия, или "самопоедание", — это важнейший процесс, который изолирует и перерабатывает компоненты клетки в условиях стресса или ограниченных ресурсов. "Грузы", такие как неправильно свернутые белки или поврежденные органеллы, захватываются в двухмембранный компартмент — аутофагосому — и направляются на деградацию. Фундаментальный вопрос заключается в том, как именно эти "мусорные мешки" формируются в клетке. Ученые под руководством Саши Мартенса из Max Perutz Labs, совместного предприятия Венского университета и Медицинского университета Вены, реконструировали первые шаги образования аутофагосом. Они показали, что крошечные везикулы, несущие белок Atg9, служат "семенем", из которого возникает аутофагосома. Исследование опубликовано в Science.

Аутофагосомы сначала формируются как чашеобразные мембраны в клетке, которые затем растут, поглощая материал, предназначенный для уничтожения. Образование этих мембран катализируется сложным комплексом белков. "Мы хорошо знаем факторы, участвующие в формировании аутофагосом, — объясняет руководитель группы Саша Мартенс, — но то, как они собираются вместе, чтобы инициировать образование этих мембран, до сих пор оставалось загадкой".

Один из таких факторов — Atg9, белок, чья важность в процессе была известна, но роль оставалась неясной. Atg9 находится в небольших внутриклеточных везикулах. Исследователи Юстина Сава-Макарска, Верена Бауманн и Николя Кудевиль из лаборатории Мартенса теперь показали, что они формируют платформу, на которой может собираться аппарат аутофагии для построения аутофагосомы. "Везикулы Atg9 многочисленны в клетке, что означает, что их можно быстро рекрутировать, когда аутофагосомы необходимы", — поясняет Мартенс.

Клетки инкапсулируют груз в везикулы, чтобы его можно было правильно транспортировать и деградировать в химической среде, отличной от обычной клеточной. Поэтому аутофагосомы состоят из двойной мембраны, сделанной из фосфолипидов. Эта жировая оболочка создает водонепроницаемый пакет, который отделяет материал от водного окружения клетки и маркирует его для деградации. Однако везикулы Atg9 не поставляют основную массу липидов для растущей аутофагосомы.

Чтобы понять сложный механизм, такой как клетка, часто помогает разобрать его и собрать заново. Биогенез аутофагосомы включает множество белков. Выделив и охарактеризовав 21 из этих компонентов, ученые смогли восстановить части аппарата аутофагии "в пробирке" — трудоемкий процесс, занявший у команды Саши Мартенса почти десять лет. "С помощью этого подхода мы смогли реконструировать ранние этапы биогенеза аутофагосомы контролируемым образом", — говорит он.

Используя разработанный лабораторией Мартенса сложный инструментарий, ученые теперь стремятся распутать следующие этапы биогенеза аутофагосомы. Исследовательский проект стал результатом сотрудничества лаборатории Мартенса с Герхардом Хаммером и Зёреном фон Бюловом из Института биофизики Макса Планка во Франкфурте и Мартином Графом из Института биологии старения Макса Планка в Кёльне.