Разгадка многолетней тайны сортировки белков
Исследование Кристиана де Кестекера, опубликованное в Nature Cell Biology, раскрывает механизм, решающий многолетнюю загадку о том, как поляризованные эпителиальные клетки сортируют и доставляют специализированные белки к своей верхней (апикальной) поверхности.
Эпителиальные клетки организованы как коробки с верхней (апикальной) и боковыми (латеральными) поверхностями. Для правильного функционирования они должны точно сортировать белки к каждой поверхности. Дефекты в этой доставке могут играть роль в развитии многих заболеваний, включая рак.
"Большинство человеческих раков имеют эпителиальное происхождение и демонстрируют дефекты в поляризованном распределении мембранных белков", — сказал Иэн Макара. — "Как происходит доставка к верхней, или апикальной, поверхности, оставалось загадкой десятилетиями".
Свежесинтезированные белки отправляются в аппарат Гольджи для обработки и сортировки по конечным пунктам назначения. Доставка к боковым сторонам клетки хорошо изучена благодаря наличию в белках "почтовых индексов" (zip codes), указывающих путь.
Апикальные белки лишены таких индексов, поэтому процесс их сортировки оставался неуловимым. Поскольку многие апикальные мембранные белки имеют очень короткие или отсутствующие цитоплазматические домены, де Кестекер выдвинул гипотезу: белки, предназначенные для апикальной мембраны, сортируются в Гольджи по физическому размеру их цитоплазматических доменов.
Экспериментальная проверка гипотезы
Для проверки идеи он изучил три репрезентативных апикальных белка с короткими цитоплазматическими "хвостами" и использовал методы синтетической биологии, чтобы изменить размер этих хвостов.
Результаты:
- При удлинении цитоплазматических хвостов белки испытывали значительную задержку в обработке и выходе из аппарата Гольджи.
- Эти белки ошибочно доставлялись к боковым сторонам клетки вместо верхней.
С помощью микроскопии сверхвысокого разрешения в Cell Imaging Shared Resource учёные наблюдали сегрегацию мелких и крупных грузов в различные области аппарата Гольджи во время трафика. Это говорит о том, что большой цитоплазматический хвост блокирует доступ к специализированным доменам внутри Гольджи, которые могут быть задействованы в доставке к апикальной мембране.
Также было проверено, сортируются ли апикальные белки, имеющие партнёров по связыванию, индивидуально или в комплексе. Оказалось, что хотя белки и их партнёры совместно транспортируются в Гольджи, они диссоциируют перед тем, как быть направленными к апикальной мембране.
Эти результаты подтверждают гипотезу о том, что аппарат Гольджи использует фильтр по размеру, чтобы определить, должен ли белок быть направлен к апикальной мембране или нет.
"Как клетки сортируют и доставляют поляризованные белки в соответствующие домены — это фундаментальный вопрос в клеточной биологии", — сказал де Кестекер. — "Нам нужно сначала понять этот процесс в нормальных клетках, чтобы мы могли определить, как он нарушается при таких заболеваниях, как рак".