Как макрнуклеофагия обеспечивает выживание дрожжей при дефиците азота

Аутофагия — это важнейший клеточный процесс «уборки», при котором происходит деградация и рециклинг поврежденных органелл, белков и других компонентов. Этот механизм, существующий у всех форм жизни, от одноклеточных до растений и животных, ключевой для поддержания клеточного гомеостаза. Его нарушение связано со многими заболеваниями человека, такими как болезни Альцгеймера, Паркинсона и рак.

Аутофагия не является универсальным процессом. Существует несколько её форм, которые различаются способом доставки компонентов в лизосомы или вакуоли — органеллы, служащие центрами утилизации и переработки.

Одной из мишеней аутофагии может быть часть ядра, хранящая важные хромосомы. Однако физиологическое значение аутофагической деградации ядра оставалось неизвестным.

Исследовательская группа из Японии сосредоточилась на пути аутофагии, который деградирует часть ядра (макрнуклеофагия) у Saccharomyces cerevisiae — вида дрожжей, широко используемого в качестве модельного организма.

В своей последней работе, опубликованной в Nature Communications, ученые выяснили, как макрнуклеофагия обеспечивает выживание S. cerevisiae при дефиците азота, и показали, что неконтролируемая микрнуклеофагия из-за отсутствия нормальной макрнуклеофагии вызывает гибель клеток. Исследование возглавил аспирант Циян Ли из Института науки Токио.

Разные пути деградации ядра:

• Макрнуклеофагия: часть ядра выпячивается, инкапсулируется везикулой (аутофагосомой) и доставляется в вакуоль.
• Микрнуклеофагия: внешняя поверхность ядра напрямую контактирует с вакуолью в местах соединения ядра и вакуоли (NVJ). С помощью специфических белков часть ядра впячивается в вакуоль, отделяется и деградирует.

В предыдущем исследовании команда обнаружила, что мутантные дрожжевые клетки с дефектной макрнуклеофагией (мутанты atg39Δ) быстро погибали при азотном голодании. Сравнение с клетками дикого типа показало, что у мутантов аномально усиливалась микрнуклеофагия, и эта гиперактивация была основной причиной гибели клеток.

Дальнейший анализ связал эту гиперактивацию с белком ядерной мембраны Nvj1, который играет ключевую роль в соединении ядра и вакуоли на NVJ. Оказалось, что проблемы с макрнуклеофагией приводят к накоплению Nvj1 в ядре, что, в свою очередь, сильно усиливает микрнуклеофагию.

«Блокирование микрнуклеофагии почти полностью подавляло гибель клеток, вызванную отсутствием макрнуклеофагии, тогда как усиление микрнуклеофагии усугубляло гибель клеток при азотном голодании», — комментирует Ли.

«Эти результаты позволяют предположить, что макрнуклеофагия модулирует микрнуклеофагию, чтобы предотвратить избыточное удаление ядерных компонентов, тем самым поддерживая ядерный и клеточный гомеостаз».

Выводы исследования проливают свет на то, как разные формы аутофагии тесно взаимосвязаны и даже определяют выживаемость клеток в условиях стресса.

«Мы выявили, что модуляция микрнуклеофагии является критически важной функцией макрнуклеофагии, что обеспечивает физиологическую и механистическую связь между этими различными путями аутофагии», — заключает Ли.

Дальнейшие исследования этой сложной темы помогут понять, как клетки заботятся о себе, что может иметь важные последствия для медицины и биотехнологии.