В растениях обнаружен механизм исправления дефектов сворачивания белков

Многие заболевания нервной системы человека, такие как боковой амиотрофический склероз (БАС), болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона, связаны с одной базовой проблемой: потерей нервными клетками способности правильно сворачивать свои белки. Это приводит к образованию белковых агрегатов ("комков"), вызывающих гибель клеток.

Белки растений, как и животных, должны быть свернуты в правильную трёхмерную конфигурацию, чтобы выполнять свои функции. Стрессовые ситуации (например, резкое повышение температуры) нарушают процесс сворачивания, что приводит к появлению дефектных белков. Их необходимо либо удалить, либо восстановить, иначе они могут образовывать токсичные скопления.

Хлоропласты — это компартменты растительных клеток, где происходит фотосинтез и производство многих питательных веществ. Значительная часть этой работы выполняется белками, некоторые из которых склонны к неправильному сворачиванию и агрегации.

Исследовательская группа под руководством Мануэля Родригеса-Консепсьона из Центра исследований в области сельскохозяйственной геномики (CRAG) показала, что в нормальных условиях хлоропласты избавляются от дефектных белков, разрушая их с помощью протеазы Clp. Однако, когда накопление агрегированных белков превышает возможности Clp, хлоропласты генерируют сигнал бедствия. Этот сигнал поступает в ядро клетки, чтобы активировать производство ремонтных белков — шаперонов.

Шапероны транспортируются обратно в хлоропласты, где разбирают белковые "комки" и распутывают белки. Это позволяет белкам за несколько часов заново свернуться в правильную форму и восстановить свою функцию. Эти молекулярные механизмы схожи с теми, что работают в нервных клетках человека при появлении дефектных белков в митохондриях.

Исследование, проведённое на модельном растении Arabidopsis thaliana и опубликованное в журнале PLOS Genetics, обнаружило ключевой ген HsfA2. Он активирует синтез шаперонов и таким образом спасает клетку от токсического эффекта накопления неправильно свернутых белков.

"Сигнальный путь от хлоропластов к ядру включает молекулярный переключатель, называемый HsfA2. Этот ключевой ген также активируется, когда тепловой удар вызывает проблемы со сворачиванием белков в других клеточных компартментах", — объясняет Эрнесто Льямас, первый автор работы.

По словам Пабло Пулидо, третьего участника исследовательской группы, понимание того, как растения реагируют на потерю белками своей структуры и функции, "имеет важное значение для лучшей адаптации сельскохозяйственных культур к неблагоприятным условиям окружающей среды". Эта задача особенно актуальна в контексте изменения климата.

Исследование также может помочь лучше понять, как начинаются, распространяются и усугубляются заболевания нервной системы, связанные с неправильным сворачиванием белков.

"Фундаментальные исследования, то есть изучение процессов, лежащих в основе функционирования живых существ, составляют основу, на которой базируются прикладные исследования", — говорит Родригес-Консепсьон.

Таким образом, результаты работы с растениями могут быть перенесены на новые универсальные методы коррекции неправильного сворачивания белков и повлиять на поиск решений для дегенеративных заболеваний, которые на сегодняшний день остаются неизлечимыми.