Еще около десяти лет назад учебники по клеточной биологии показывали клеточную мембрану как гомогенный липидный бислой со случайно вставленными мембранными белками. Но эта точка зрения существенно изменилась с открытием различных фаз в мембране клеток млекопитающих.
Липидный состав может отличаться на «островках» в мембране, и это влияет на распределение белка. Однако о подобных структурах дрожжевых клеток было известно очень мало.Синтетическая ячейка«Электронно-микроскопические исследования, проведенные еще в 1960-х годах, показывают углубления в дрожжевой мембране, но они не были изучены подробно и были отклонены как артефакты пробоподготовки», — объясняет профессор биохимии Гронингенского университета Берт Пулман.
Затем, около десяти лет назад, эти депрессии были обнаружены заново. Ученые наблюдали белки в форме банана, прикрепленные к внутренней стороне мембраны, и оказалось, что они ответственны за эти углубления, которые были названы эизосомами ».
Пулман решил изучить эти углубления в мембране дрожжей по ряду причин. «Мы активно участвуем в проекте по созданию синтетической клетки из молекулярных компонентов. Поэтому нам нужно много знать о мембране и о том, как получить мембранные белки ». Кроме того, эизосомы являются предпочтительным местом расположения ряда транспортных белков, в которых заинтересованы отраслевые партнеры исследовательской группы Пулмана.ТранспортерыИспользуя разные флуоресцентные маркеры для маркировки как транспортных белков в мембране, так и белков в форме банана на внутренней стороне, группа Пулмана смогла определить, какие белки локализуются совместно с эизосомами.
Поскольку глубина впадины составляет всего около 50 нанометров, а размер эизосом составляет максимум 150 на 100 нанометров, для этого требовалось чрезвычайно высокое разрешение. «К счастью, в нашей лаборатории есть набор специализированных микроскопов, которые могут получить такое исключительное разрешение в сочетании с высокой чувствительностью, необходимой для наблюдения отдельных молекул в живых клетках». Опыт в микроскопии сверхвысокого разрешения и знания в области биохимии мембран позволили группе предоставить изображения с требуемым разрешением.Исследования показали, что некоторые переносчики аминокислот действительно преимущественно локализованы в эизосомах. «Но только тогда, когда нет субстрата», — объясняет Пулман. «Если мы добавим правильную аминокислоту, белок отойдет от эизосомы, вероятно, потому, что он принимает другую конформацию в связанном с субстратом состоянии». Его гипотеза состоит в том, что эизосомы защищают транспортные белки от повторного использования. «Белки синтезируются в клетке, а затем транспортируются к мембране посредством экзоцитоза.
Однако, когда они не находятся в эизосоме, эти белки быстро снова всасываются посредством эндоцитоза ». Таким образом, переносчики временно «хранятся» в эизосомах. Когда соответствующие субстраты присутствуют вне клетки, они удаляются, чтобы транспортировать аминокислоты в клетку до тех пор, пока белки не перестанут быть необходимыми, после чего они рециркулируют.
ДиффузияНе все белки присутствуют в эизосомах. Пулман: «Например, мы заметили, что мембранные белки с большими внутриклеточными доменами не могут проникнуть в них».
Они предполагают, что белки в форме банана на внутренней стороне мембраны мешают внутриклеточным доменам, что препятствует их диффузии в эизосомы.Группа Poolman также оценила скорость диффузии белков в плазматической мембране дрожжей. Они заметили, что это было примерно в тысячу раз ниже, чем в клетках млекопитающих или во внутренних мембранах дрожжевой клетки. «Плазматическая мембрана дрожжей более жесткая.
Он может выдерживать относительно высокие концентрации спирта или кислоты. Очевидно, это влияет на диффузию белка ».
Результаты этого исследования позволяют лучше понять функционирование мембраны дрожжевых клеток в целом и, в частности, островков эизосомы. Они также предоставляют новую информацию о биогенезе и переносе белков мембранного транспорта, что со временем может улучшить промышленную продуктивность дрожжей.