Новый механизм защиты действует как первичный ответ на клеточный стресс

Исследователи из Института наук о жизни Мичиганского университета обнаружили новый тип механизма быстрого реагирования, который защищает клетки от стресса окружающей среды, пока более медленные и известные системы защиты мобилизуются.

В дрожжах, одноклеточном организме, часто используемом для изучения фундаментальной биологии клетки, наблюдался гораздо более быстрый тип ответа — немедленное и кратковременное увеличение производства сигнального липида PI3,5P2, который обычно присутствует в ничтожных количествах.

Когда учёные заблокировали способность дрожжей генерировать этот быстрый ответ, дрожжи погибали от стресса окружающей среды с катастрофической скоростью.

В этом исследовании дрожжи помещали в среду с высокой концентрацией соли — гиперосмотическую среду. В течение нескольких минут клетка запускает сигнальный каскад, активирующий ключевую протеинкиназу Hog1, которая перемещается из цитоплазмы в ядро, где способствует изменениям в экспрессии генов. Эти изменения начинают действовать через 30–60 минут и полностью активируются до двух часов.

Параллельно исследователи наблюдали резкий, немедленный скачок сигнального липида PI3,5P2, который производится органеллой, называемой вакуолью у дрожжей (аналог лизосомы у сложных организмов).

«В течение одной минуты вы видите пятикратное увеличение этого липида. В течение пяти минут — 20-кратное. Затем, без нашего вмешательства, он выходит на плато и снижается», — пояснила старший автор исследования Лоис Вайсман.

Когда обычные дрожжи помещали в гиперосмотическую среду на четыре часа, большинство выживало.

• При отключении долгосрочного пути ответа с Hog1 погибало 30% клеток.
• При удалении способности клетки производить PI3,5P2 погибало 80% клеток.

«Таким образом, мы знаем, что он делает что-то защитное до того, как включается экспрессия генов. Если у них его нет, большинство умирает», — сказала Вайсман.

Точный механизм, с помощью которого PI3,5P2 приносит пользу клетке, пока не ясен. Текущее исследование показало, что регуляторы этого сигнального липида отличаются как во времени, так и в пространстве от пути Hog1.

Это первый случай, когда был идентифицирован ранний защитный путь, работающий быстрее, чем экспрессия генов. Поскольку многие ключевые компоненты сохранились в ходе эволюции вплоть до людей и других млекопитающих, исследование предполагает, что этот и другие типы ранних защитных путей могут существовать более широко и реагировать на различные типы клеточного стресса.