Локализация неуловимого регулятора мембранного трафика

Транспорт гормонов и других веществ через клеточные мембраны критически важен для функции клеток и правильного развития организма. Однако исследование молекулярных и клеточных механизмов этого процесса может быть сложным. Используя комбинацию современных методов, международная группа исследователей, включая Сатоши Нарамото и Акихико Накано из Лаборатории молекулярной мембранной биологии RIKEN, определила локализацию одного из ключевых регуляторов транспорта через мембрану в растительных клетках — белка GNOM.

Процесс поглощения веществ через клеточные мембраны известен как эндоцитоз. Белки, локализованные на клеточной мембране, интернализуются в органеллы, называемые эндосомами, и впоследствии рециклируются обратно на мембрану. GNOM — регулятор мембранного трафика, который, как считалось, играет ключевую роль в рециклинге эндоцитированных белков. Растения с мутантными генами gnom демонстрируют карликовую форму роста, что указывает на дефектный транспорт гормона роста ауксина. Однако, несмотря на значительные исследования, точная локализация и функция GNOM оставались неуловимыми.

Предыдущие исследования показывали, что GNOM локализован в рециклирующих эндосомах, но Нарамото и его коллеги неожиданно обнаружили GNOM в аппарате Гольджи — сложной органелле, функции которой включают внутри- и внеклеточный транспорт. Используя покадровую съемку, исследователи также показали, что химическое вещество, применявшееся в предыдущих исследованиях для стабилизации положения GNOM, на самом деле вызывало транслокацию регулятора в эндосомы, что объясняет более ранние результаты.

Затем исследователи использовали новую технику — суперразрешающую конфокальную микроскопию живых клеток (super-resolution confocal live imaging microscopy) — чтобы визуализировать положение GNOM внутри стопок мембран, составляющих аппарат Гольджи, и отличить его от близкородственного белка GNOM-LIKE1 (GNL1). Они обнаружили, что GNOM образует выраженное кольцо на периферии стопок, частично перекрываясь, но не идентично распределению GNL1 (Рис. 1). Результаты показывают, что крошечные стопки Гольджи содержат множественные секреторные системы.

Полученные данные также ставят под вопрос субклеточную локализацию рециклинга белков. «Наши результаты позволяют предположить, что рециклинг белков на самом деле является функцией аппарата Гольджи у растений». Дальнейшее исследование мутантов gnom показало, что GNOM помогает поддерживать структуру транс-сети Гольджи и ранней эндосомы, косвенно влияя на рециклинг белков. Исследование подчеркивает взаимосвязанность всех органелл, которые связаны непрерывным мембранным транспортом внутри растительной клетки. Нарамото, который сейчас работает в Токийском университете, надеется, что будущие исследования позволят дать еще более детальную характеристику важнейших путей рециклинга белков и самих рециклирующих эндосом.