Почему клеткам нужны кислые лизосомы

Клетки содержат крошечные специализированные органеллы. Среди них, пожалуй, самые необычные — лизосомы, пузырьки, которые действуют как нечто среднее между мусорным баком и желудком.

Лизосома переваривает клеточный мусор и, подобно желудку, для своей работы нуждается в кислой среде. Без кислых лизосом клетки в культуре перестают делиться и в конечном итоге погибают.

«Мы задали очень простой вопрос: почему?» — говорит Киванч Бирсой из Рокфеллеровского университета. Эксперименты в его лаборатории дали столь же простой ответ: железо. Оказалось, что при повышении pH внутри лизосом клетка теряет доступ к этому важнейшему питательному веществу.

Это открытие, описанное в Molecular Cell, имеет значение для понимания и лечения болезней, включая рак.

Многофункциональные органеллы

Лизосомы выполняют множество задач: от переработки клеточного мусора до передачи биохимических сигналов и обработки питательных веществ. Однако большинство этих функций не являются критическими — клетка находит способы компенсировать их нарушение.

Ключевым исключением, как показали новые данные, является превращение железа в усваиваемую форму. «Обработка железа, похоже, — единственное, что клетки не могут сделать без лизосом», — говорит Бирсой.

Железное голодание

Выпускник лаборатории Росс Вебер обнаружил это, снизив кислотность лизосом клеток до уровня, который вызывает стресс, но не гибель. В ответ клетки активировали гены, связанные с использованием железа, в то время как уровень железа в них резко упал.

Без железа, необходимого для синтеза ДНК и других молекул, клетки долго не выживают. При повышении pH и последующем истощении запасов железа клетки перестают делиться и погибают. Учёные полагают, что это происходит потому, что лизосомы высвобождают железо из транспортных молекул, и делают они это лучше всего при pH 4–5 (примерная кислотность помидора).

Поскольку лизосомы необходимы для пролиферации раковых клеток, это открытие предлагает потенциально новый способ борьбы с опухолями — лишение их железа. Лаборатория Бирсоя уже разрабатывает методы уничтожения раковых клеток, блокируя их доступ к питательным веществам; теперь истощение запасов железа может стать ещё одним оружием в этом арсенале.

«В будущем важно будет определить, актуальны ли эти выводы и для других состояний, связанных с потерей кислотности, таких как лизосомные болезни накопления и нейродегенеративные заболевания», — говорит Бирсой. — «Мы считаем, что здесь открывается много захватывающих возможностей».