Первое прямое наблюдение ключевого механизма молекулярного транспорта в клетках бросает вызов предыдущим моделям процесса

Эукариотические клетки содержат ряд компартментов, каждый из которых окружен мембраной, непроницаемой для водорастворимых молекул. Это означает, что для перемещения молекул, таких как белки, между компартментами необходимы специальные транспортные механизмы. Кадзуо Курокава и его коллеги из Исследовательской группы молекулярной визуализации живых клеток в Центре перспективной фотоники RIKEN раскрыли ранее неизвестный механизм, облегчающий один из ключевых транспортных этапов.

Около трети всех белков производится в клеточном компартменте, называемом эндоплазматическим ретикулумом (ЭР). Из ЭР они передаются в аппарат Гольджи — серию мембранных компартментов, через которые белки проходят, сортируясь для доставки к конечному месту назначения в клетке. Точкой входа белков в аппарат Гольджи является цис-Гольджи, и работа Курокавы была сосредоточена на механизме транспорта белков в это место из ЭР.

Ранее исследователи предполагали, что механизм включает высвобождение из ЭР небольших мешочков, или «везикул», содержащих белки. Эти везикулы диффундируют через промежуток, чтобы слиться с мембраной цис-Гольджи и высвободить белки внутри. Однако в этом механизме нет способа гарантировать эффективное достижение везикулами цис-Гольджи. Более того, некоторые белки слишком велики, чтобы быть упакованными в обычные везикулы, и для их транспортировки было предложено существование пока не наблюдавшихся везикул увеличенного размера.

Команда Курокавы более детально изучила этот транспортный этап в клетках дрожжей. Они флуоресцентно пометили структурный белок везикул COPII в местах их высвобождения в ЭР, а также белки в мембране цис-Гольджи. Затем сложные методы микроскопии позволили им напрямую наблюдать за процессом транспорта.

«Наша микроскопическая система обладает чрезвычайно высокой скоростью и высоким разрешением, — объясняет Курокава. — Собранные изображения содержат огромное количество точной информации, что делает возможным использование математической обработки для локализации источников флуоресценции с очень высокой точностью».

Команда обнаружила, что везикулы не высвобождались из ЭР. Вместо этого мембрана цис-Гольджи вытягивалась, чтобы вступить в прямой контакт с везикулами, все еще находящимися на ЭР — процесс, который исследователи назвали «объятия и поцелуй» (рис. 1). Их эксперименты показали, что вновь синтезированные белки передаются между компартментами во время этого контакта.

«Наши результаты позволяют предположить, что везикулы не обязательно высвобождаются, а вместо этого захватываются цис-Гольджи до высвобождения, — объясняет Курокава. — Этот механизм кажется гораздо более безопасным, чем образование множества свободных везикул. Если наша предложенная модель верна, высвобождение везикул увеличенного размера, содержащих крупные белки, может не потребоваться».