Нанофабрики под клеточной мембраной
Исследователи из Центра молекулярной медицины им. Макса Дельбрюка обнаружили, что сигнальные пути в клетке гораздо сложнее, чем считалось. Андреас Бок, соавтор исследования в журнале Cell, сравнивает открытые структуры с «всплывающими фабриками».
Специфичность сигнала через нанодомены
На поверхности клетки находится до 100 различных G-белок-связанных рецепторов (GPCR), реагирующих на разные внешние сигналы. Внутри клетки лишь несколько молекул, например циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), обрабатывают эти активации, выполняя разные задачи.
С помощью флуоресцентной микроскопии учёные обнаружили, что в месте активации рецептора формируются крошечные домены радиусом 30–60 нанометров. Эти «нанопространства» работают как локальные фабрики: когда они заполняются, сигнал (цАМФ) переливается в соседний домен, и каскад распространяется вглубь клетки.
«Сигналы от GPCR изначально остаются локальными и влияют только на ферменты в непосредственной близости. Другие области клетки не затрагиваются, что позволяет очень точно включать и выключать пути», — поясняет соавтор работы доктор Шарлотта Кайзер.
Клетка как процессор, а не переключатель
Раньше цитозоль клетки считали «бассейном», где всё свободно плавает. Теперь ясно, что в нём существует сигнальная наноархитектура, включаемая по необходимости. Учёные предполагают, что цАМФ удерживается в нанодоменах гелеобразной структурой, например, крупными каркасными белками или ферментами, разрушающими цАМФ.
«Клетка функционирует скорее как чип, обрабатывающий множество сигналов одновременно на очень маленькой площади. Это критически важно, например, для нейронов, позволяя обрабатывать разные сигналы на каждом из их отростков», — говорит соавтор профессор Мартин Лозе.
Перспективы для медицины
При низких концентрациях сигнальных молекул нанодомены чётко разделены. При высоких — они начинают сливаться. Это может иметь терапевтическое значение: «Для веществ, по-разному стимулирующих рецепторы (как разные опиоиды), эффекты могут различаться не только количественно, но и качественно в зависимости от того, остаются ли сигналы цАМФ локальными или охватывают всю клетку», — добавляет Лозе.
Предполагается, что в будущем лекарства можно будет разрабатывать для таргетирования отдельных компонентов этих нанодоменов, что повысит точность и снизит побочные эффекты. Первые данные указывают, что в больных клетках (например, при раке печени или сердечной недостаточности) нанодомены формируются неправильно.