Используя трехмерные покадровые фильмы для отслеживания судьбы неправильно свернутых белков в дрожжевых клетках, исследователи определили, что около 90 процентов агрегатов формируются на поверхности эндоплазматического ретикулума (ER), места синтеза белка в клетке. Считалось, что неправильно свернутые белки спонтанно собираются вместе в цитозоле, жидком компоненте внутренней части клетки.
«Наши результаты поставили под сомнение представление о процессе агрегации как о пассивном следствии накопления неправильно свернутых белков», — говорит исследователь Стоуэрса Ронг Ли, доктор философии, возглавлявший исследование. Используя почкующиеся дрожжи Saccharomyces cerevisae, часто используемую лабораторную модель в исследованиях старения, ученые Стоуэрса экспериментально использовали тепло и другие формы стресса, чтобы вызвать слипание неправильно свернутых белков.Ли и соавторы также обнаружили, что агрегация неправильно свернутых белков на поверхности ER зависит от активного синтеза белков рибосомами. Эти молекулярные машины переводят клеточные рецепты белков.
Руководствуясь рецептом, рибосома генерирует линейную полипептидную цепь, исходную форму белка.Вновь синтезированный полипептид складывается в характерную трехмерную структуру, в результате чего получается белок с функциональной формой. Белки, которые не складываются правильно, не могут выполнять свои биологические функции и потенциально токсичны для клеток. Таким образом, агрегация неправильно свернутых или развернутых белков может помочь защитить клетку и предотвратить их перенос в дочерние клетки во время деления клеток, сказал Чуанкай Чжоу, научный сотрудник лаборатории Ли и первый автор статьи.
Ученые Стоуэрса обнаружили, что помимо определения того, что агрегация белков регулируется и требует активной трансляции, ключевую роль в подвижности этих белковых агрегатов играют митохондрии, электростанции клетки. «Мы обнаружили, что большинство агрегатов на поверхности ER находится в регионах, где встречаются ER и митохондрии, что удивительно, но хорошо согласуется с точки зрения регулируемой агрегации», — говорит Чжоу.Настоящее исследование основано на предыдущем исследовании, опубликованном лабораторией Ли в 2011 году в журнале Cell, которое показало, что большинство агрегатов развернутых белков удерживаются материнской дрожжевой клеткой во время асимметричного деления клеток, которое характеризует этот организм, а также стволовые клетки.
Бутонированные дрожжи размножаются, когда только небольшой рост из материнской дрожжевой клетки, почка, становится дочерней клеткой.В данной статье ученые определили механизм контроля качества, который ограничивает распространение неправильно свернутых белковых агрегатов в почку и, следовательно, в дочернюю клетку. Во время стадии митоза при делении почкующихся дрожжей агрегаты аномального белка привязаны к хорошо закрепленным митохондриям в материнской клетке.
В результате митохондрии, приобретенные почкой, в значительной степени свободны от аномальных агрегатов.«Примечательно, что большинство агрегатов, присутствующих в материнской клетке, не следовали за митохондриями, которые вошли в почку, но они либо подверглись растворению, либо остались связанными с митохондриями, которые сохранялись в материнской клетке, и демонстрировали только ограниченную локальную подвижность», — описывает Ли . «Таким образом, митохондрии, унаследованные от почки, в значительной степени лишены агрегатов».Нарушение ассоциации агрегатов с митохондриями увеличивает подвижность и утечку накопленных матерью агрегатов в почку. Ли и ее коллеги также определили, что ассоциация агрегатов с митохондриями постепенно снижается в материнских почкующихся дрожжевых клетках с преклонным репликативным возрастом, что, вероятно, способствует снижению их способности к омоложению посредством асимметричного деления клеток.
Исследователи смогли визуализировать процесс, потому что белковые агрегаты были помечены различными флуоресцентно меченными белками, которые связываются с агрегатами. Основные центры электронной микроскопии и визуализации в Институте Стоуэрса оказали помощь в проведении исследований.Краткое изложение выводовУ пациентов с болезнью Паркинсона, сердечно-сосудистыми заболеваниями и муковисцидозом может быть что-то общее: клетки в тканях, пораженных болезнью, могут вырабатывать неправильно свернутые белки, которые не могут нормально функционировать.
В текущем выпуске научного журнала Cell ученые Института Стоуэрса сообщают, где неправильно свернутые белки собираются вместе в клетке и как клетка может предотвратить прохождение этих дефектных молекул к своей дочерней клетке. Исследователь Стоуэрса Ронг Ли, доктор философии, который возглавлял исследование, объясняет, что во время деления клетки агрегаты этих неправильно свернутых белков обычно привязаны к материнской клетке. В результате дочерняя клетка не наследует дефектные белки, отягощающие материнскую клетку.
Выявив механизмы контроля качества, которые обычно действуют в клетках, Ли и другие ученые предоставляют информацию, которая может оказаться актуальной для лечения расстройств, характеризующихся неправильной упаковкой белков.