Слабые молекулярные взаимодействия открывают новые возможности для искусственного контроля аутофагии

Аутофагия — это процесс, при котором ненужные компоненты клетки заключаются в мембраны и разлагаются на базовые строительные блоки. Этот жизненно важный процесс предотвращает образование вредных агрегатов и делает питательные вещества доступными снова.

Исследовательская группа под руководством профессора Клодин Крафт из Университета Фрайбурга и доктора Флориана Вильфлинга из Института биофизики Макса Планка обнаружила условия, необходимые для начала аутофагии. Учёные также смогли искусственно создать эти условия и запустить деградацию в норме неразлагаемых молекул в клетках дрожжей.

Такой подход к контролю аутофагии перспективен для борьбы с агрегатами, образующими бляшки при нейродегенеративных заболеваниях (например, болезни Альцгеймера), а также для повышения эффективности лечения рака. Исследование опубликовано в журнале Nature Cell Biology.

Слабые взаимодействия — ключ к запуску процесса

Для начала аутофагии материал должен быть распознан как "отходы" рецепторными и адаптерными молекулами. Однако механизм запуска последующих шагов был неизвестен.

"Мы показали, что для начала аутофагии рецепторы должны слабо связываться с материалом, подлежащим утилизации, — объясняет Крафт. — Если связывание слишком сильное, процесс не запускается".

Этот, казалось бы, нелогичный результат исследователи объяснили с помощью компьютерного моделирования и экспериментов на живых клетках дрожжей и человеческих клетках в культуре: слабое связывание позволяет рецепторам оставаться мобильными и формировать случайные кластеры.

"При достижении критической концентрации происходит фазовое разделение: адаптерные молекулы собираются вместе и образуют каплю, подобно маслу в воде, — поясняет Вильфлинг. — Такое жидкое скопление обладает иными физическими свойствами, чем отдельные молекулы, и служит гибкой платформой для других молекул, участвующих в аутофагии".

Искусственный контроль процесса

Для проверки гипотезы учёные ввели в клетки дрожжей вирусные частицы, которые клетки в норме не могут разлагать. Модифицировав поверхность частиц так, чтобы рецепторы аутофагии могли слабо связываться с ней, исследователи смогли запустить деградацию вирусного белка. Однако если связывание было сильным, деградации не происходило.

"Этот результат обнадёживает, поскольку показывает, что мы можем целенаправленно вмешиваться в аутофагию груза в живых клетках", — резюмируют Крафт и Вильфлинг.