Около 1 из 40 000 человек во всем мире страдает окулокожным альбинизмом 2 типа, который проявляется симптомами необычно светлых волос и окраски кожи, проблем со зрением и пониженной защиты от рака кожи или глаз, вызванного солнечным светом. Ученым уже около 20 лет известно, что это заболевание связано с мутациями в гене, который производит белок OCA2, но они еще не поняли, как эти мутации приводят к дефициту меланина.В новом исследовании группа под руководством биологов из Университета Брауна Николаса Беллоно и Елены Оанча показывает, что белок необходим для правильного функционирования ионного канала на меланосомной органелле, маленькой структуре в клетке, где вырабатывается и хранится меланин. Ионный канал подобен воротам, которые позволяют электрически заряженным молекулам хлорида входить и выходить из меланосомы.
Исследователи обнаружили, что когда в меланосоме отсутствует OCA2 или содержится OCA2 с мутацией, связанной с альбинизмом, поток хлоридов не происходит, и меланосома не может производить меланин, возможно, потому, что ее кислотность остается слишком высокой.Открытие может вдохновить на новые идеи для лечения альбинизма, сказала Елена Оанча, доцент медицинских наук и старший автор статьи, опубликованной в журнале eLife.«С терапевтической точки зрения, теперь у нас есть канал, который может стать мишенью для наркотиков», — сказала она.
Еще одно возможное лечение, предложенное исследованием, может заключаться в изменении кислотности меланосом, чтобы восполнить недостаток белка.Биологическое открытиеВ более общем плане, это исследование также важно как первое, которое показало, что ионные каналы важны для правильного функционирования меланосом.
Раньше это не было известно, потому что меланосомы, как правило, слишком малы для того, чтобы их электрические свойства можно было измерить методом «зажима заплатки». Такие электрические показания — это то, как биологи обнаруживают приход и уход — токи — ионов в клетках, что является фундаментальным процессом в клеточной физиологии.«Я думаю, что это большой шаг вперед, потому что мы не только продвинулись в понимании функции одного белка, важного для пигментации, но и открыли новый способ изучения того, как работает меланосома», — сказал Беллоно, аспирант. и ведущий автор статьи. «Исследований ионных каналов в меланосоме не проводилось».Поскольку меланосомы настолько малы, Oancea и Bellono пришлось начать свое исследование белка OCA2 и его мутантных форм в органеллах-кузенах меланосомы, таких как эндолизосома, потому что их можно сделать достаточно большими для пережатия участка.
Например, в экспериментах, в которых они заставляли эндолизосомы экспрессировать OCA2, они измеряли токи, связанные с прохождением ионов хлора. Это предоставило их первое ключевое свидетельство того, что белок был связан с ионным каналом.
Они также использовали эндолизосомы, чтобы обнаружить, что мутация OCA2 V443I специфически влияет на ионный канал. Эта мутация снизила ток хлорид-ионов на 85 процентов по сравнению с обычными версиями белка.В другом эксперименте Oancea и Bellono показали, что экспрессия нормального OCA2 в эндолизосомах, которые представляют собой кислые органеллы, снижает кислотность до уровня выше 6 по шкале pH, что требуется в меланосоме для протеинтирозиназы, чтобы запустить производство меланина.В меланосому
Но чтобы по-настоящему понять роль OCA2 и мутации V443I в альбинизме, исследователям нужно было посмотреть непосредственно на меланосомы. Они смогли обратиться к полезным коллегам.
Соавтор Майкл Маркс из Пенсильванского университета познакомил их с линией мутантных клеток кожи мыши, которые имели необычно большие меланосомы. Анита Циммерман, профессор медицинских наук, которая работает в коридоре Университета Брауна, сообщила им, что у лягушек-быков в сетчатке есть особенно большие меланосомы.
Эксперименты с использованием патч-зажима с этими большими меланосомами подтвердили роль мутации V443I в нарушении работы каналов хлорид-ионов. Во-первых, они сравнили хлоридные токи в нормальных меланосомах и те, в которых они использовали интерференционную РНК (метод блокировки экспрессии генов), направленную на предотвращение продукции OCA2.
Они обнаружили, что меланосомы без OCA2 производят гораздо меньше тока и меланина. Затем они добавили нормальный OCA2 или OCA2 с мутантом V443I и обнаружили, что только нормальный белок OCA2 может восстанавливать текущее состояние и производство меланина.
Они провели еще один эксперимент, чтобы убедиться, что сам меланин не отвечает за хлоридный ток. Это было не так.
По словам авторов, многие детали роли белка OCA2 в ионных каналах меланосомы до сих пор неизвестны, но исследования указывают на ключевой механизм, который разрушается, когда он выходит из строя.«Активность OCA2 модулирует содержание меланина в меланосомах, скорее всего, регулируя pH органелл», — написали они в eLife. «Мы предполагаем, что OCA2 вносит вклад в новый специфический для меланосом анионный ток, который модулирует pH меланосомы для оптимальной активности тирозиназы, необходимой для меланогенеза».