Они обнаружили, что механизм рециркуляции клеток регулируется белком, называемым WHAMM, и что вмешательство в саму полимеризацию этого белка или актина серьезно подавляет способность клетки рециркулировать неправильно свернутые белки и поврежденные органеллы посредством аутофагии. Это особенно важно для неделящихся нейронов, поскольку накопление отходов приводит к нарушению межклеточной коммуникации и нейродегенерации.«Клетки очень хорошо перерабатывают и сортируют клеточный мусор в соответствующие контейнеры для переработки», — говорит Домингес. «Клетки изолируют мусор в отсеках, называемых аутофагосомами» Клетки следуют установленному рецепту рециклинга: сначала аутофагосома формируется вокруг мусора, затем аутофагосомы транспортируются и сливаются с лизосомами — еще одним клеточным отсеком — и, наконец, содержимое разрушается и либо секретируются, либо повторно используются клеткой.
Команда Пенна обнаружила, что этот процесс рециркуляции питается актиновым цитоскелетом, основным компонентом которого является сам белок актин. Аутофагосомы возникают из эндоплазматического ретикулума (ER) — сети трубчатых мембран — и динамика актина играет ключевую роль в их формировании и движении.
«Топливо» для биогенеза и движения аутофагосом обеспечивается полимеризацией актина, приводимой в действие комплексом Arp2 / 3, который рекрутируется в аутофагосомы посредством WHAMM. Полимеризация — это химическая реакция, которая позволяет образовывать молекулярные цепи, в данном случае актиновые филаменты.
В клетках белки, которые вызывают полимеризацию актина, такие как комплекс Arp2 / 3, также контролируют его. Когда полимеризация актина происходит в одном месте на поверхности аутофагосомы, которое совпадает с расположением WHAMM на этих органеллах, образуется хвост актиновой кометы, и быстрая сборка / разборка полимеров актина «подталкивает» аутофагосому к ней. лизосома для окончательной обработки. Ученые из Пенсильвании визуализировали этот феномен с высоким разрешением в живых клетках, обнаружив образование актиновых «кометных хвостов», которые способствуют формированию и перемещению аутофагосом из мембраны ER.
Постоянная сборка и разборка хвостов актиновых комет на поверхности аутофагосом заставляет их двигаться со скоростью примерно 0,5 микрометра в секунду.«Актин действует как ракетное топливо, управляя этим процессом», — говорит Каст. «Актин может функционировать как трек для миозина или как двигатель сам по себе через механизм хвоста кометы».Ученые лишили клетки аминокислот, чтобы стимулировать образование аутофагосом.
Но почему они в первую очередь остановились на WHAMM как на соединителе? «Похоже на удачу», — говорит Каст. Было известно, что WHAMM существует в аппарате неотложной помощи и Гольджи, но мы действительно не знали, какую роль он играл. Лаборатория Домингеса сначала заинтересовалась WHAMM из-за его роли в регуляции комплекса Arp2 / 3, единственной нуклеирующей системы с разветвленным актином в клетках.
С другой стороны, недавно было показано, что в аутофагии участвует актин, но механизм неизвестен. Ученые из Пенсильвании соединили эти наблюдения и выдвинули гипотезу, что, возможно, WHAMM может связывать сборку актина с аутофагией.
Они показали, что вмешательство в полимеризацию актина, отключение WHAMM или блокирование его взаимодействия с другими белками ингибируют образование актинового «кометного хвоста» и уменьшают размер и количество аутофагосом. Эти результаты показывают связь между подвижностью актин-кометного хвоста и аутофагией. «Понимание основного механизма формирования и созревания аутофагосом позволит нам лучше понять различия между многими нейродегенеративными заболеваниями, которые связаны с дефектами аутофагии», — говорит Каст.