Исследователи воссоздают машину, которая очищает отходы внутри клетки

Луизммолина/iStock

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Ежедневно в нашем организме происходит процесс очистки. В переводе с греческого этот процесс называется аутофагией, что означает самопоедание.

Он играет жизненно важную роль в иммунитете и защите организма хозяина. В человеческом организме самопоедание — это процесс, в ходе которого наши клетки разрушаются, удаляют из своей цитоплазмы аномальные белки и старые ненужные макромолекулы и органеллы, а также убивают вторгшиеся микроорганизмы.

Затем эти отходы передаются в крошечные мусоропроводы, называемые аутофагосомами, для хранения в механизме переработки клеток, называемом лизосомой. Продукты распада затем перерабатываются для жизненно важных функций клеток, особенно в периоды стресса или голодания. Своевременное начало аутофагии имеет решающее значение для поддержания выживания клеток в условиях стресса и голодания.

Предположим, что этот процесс аутофагии по какой-то причине нестабильен и в ваших клетках накапливается мусор. В этом случае это может привести к нейродегенеративным заболеваниям, а в некоторых случаях даже к раку.

Чтобы понять фундаментальные пробелы в своих знаниях о начале процесса аутофагии, немецкой группе исследователей потребовалось несколько лет, чтобы получить все белки, участвующие в этом процессе.

«Как белковые компоненты работают вместе? Как запускается и останавливается процесс аутофагии? Когда и где собирается аутофагосома? Это то, что мы хотим выяснить», — сказал Алекс Фаэзен, руководитель исследовательской группы в Институте Макса Планка. В заявлении Междисциплинарных наук в Геттингене.

Команда наблюдала за белками непосредственно во время сборки аутофагосом. Стандартный подход заключается в использовании генетически перепрограммированных бактерий. «Но производство белка с помощью бактерий не помогло ни одному из наших белков», — сказал Фаэзен.

У ученых случился прорыв, когда они вместо этого переключились на клетки насекомых в качестве молекулярных помощников.

Следующим шагом было объединение отдельных белковых комплексов. «Комплексы самособираются в белковый суперкомплекс, комплекс инициации аутофагии. Аутофагия включает в себя сложную клеточную наномашину, и она работает совершенно иначе, чем считалось ранее», — объяснил Фэйсан.

Аутофагосомы образуются в течение нескольких минут, когда организм подвергается стрессу в результате таких видов деятельности, как виды спорта на выносливость, или во время голодания. «С этого момента пути назад нет: мусоропровод собран и собирает клеточные отходы», — объясняет Ань Нгуен, один из двух первых авторов исследования, опубликованного в журнале Molecular Cell.

Хотя исследовательская группа воссоздала эту наномашину, до сих пор остаются без ответа некоторые вопросы, связанные с молекулярным переключателем «включения» и «выключения», который присутствует в других молекулярных машинах.

Исследователи надеются, что их открытия могут способствовать лечению рака и нейродегенеративных заболеваний и замедлить процесс старения.

Исследование было опубликовано в журнале Molecular Cell.

Аннотация исследования:

Аутофагия — это консервативный путь внутриклеточной деградации, который генерирует de novo двухмембранные аутофагосомы для нацеливания на широкий спектр материала для лизосомальной деградации. У многоклеточных организмов инициация аутофагии требует своевременной сборки места контакта между ЭР и формирующейся аутофагосомой. Здесь мы сообщаем о восстановлении in vitro полноразмерного семисубъединичного суперкомплекса инициации аутофагии человека, построенного на основе основного комплекса ATG13-101 и ATG9. Сборка этого основного комплекса требует редкой способности ATG13 и ATG101 переключаться между отдельными складками. Медленная спонтанная метаморфическая конверсия ограничивает скорость самосборки суперкомплекса. Взаимодействие корового комплекса с ATG2-WIPI4 усиливает привязку мембранных везикул и ускоряет перенос липидов ATG2 как с помощью ATG9, так и с помощью ATG13-101. Наша работа раскрывает молекулярную основу сайта контакта и механизмы его сборки, обусловленные метаморфозой ATG13-101 для регуляции биогенеза аутофагосом в пространстве и времени.