Пероксисомы представляют собой клеточные органеллы, выполняющие ряд функций, включая деградацию цитотоксинов. Для этого им требуются ферменты, которые необходимо транспортировать в пероксисомы с помощью сложного механизма. Команда исследовательской группы «Биохимия внутриклеточных транспортных механизмов» в Рурском университете Бохума (RUB) под руководством профессора Харальда Платты обнаружила пока неизвестную транспортную стадию, что позволило лучше понять опасные для жизни заболевания. Группа опубликовала свой отчет в журнале Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Cell Research в феврале 2019 года.
Жизненно важно
Пероксисомы являются жизненно важными клеточными органеллами. Обеспечивая изолированную реакционную камеру для более чем 50 ферментов, они связаны с многочисленными клеточными процессами. Основной функцией пероксисом является расщепление длинноцепочечных жирных кислот и цитотоксинов. «Кроме того, они также выполняют узкоспециализированные функции, например, при синтезе пенициллина у грибов, образовании лизина у дрожжей, фотодыхании растений и выработке плазмалогенов для белого вещества головного мозга у животных», - объясняет Харальд. Платта. Дефекты образования функциональных пероксисом приводят к тяжелым нарушениям обмена веществ у человека, которые часто заканчиваются детской гибелью.
Двигатель импортной техники
Для того чтобы пероксисомы выполняли свои функции, они должны сначала импортировать соответствующие ферменты внутрь. Большинство ферментов направляются в соответствующие пероксисомы импортным рецептором Pex5p. Этот рецептор контролируется белком убиквитином (Ub), который временно прикрепляется к рецептору.
«На сегодняшний день мы смогли разбить механизм импорта на пять этапов», - уточняет Харальд Платта: «Во-первых, связывание Pex5p с импортированным ферментом в цитоплазме. Во-вторых, связывание Pex5p Комплекс фермента с пероксисомой. В-третьих, фермент высвобождается внутри пероксисомы. В-четвертых, Ub прикрепляется к Pex5p. И в-пятых, экспорт модифицированного Ub Pex5p в цитоплазму для обеспечения дальнейших реакций импорта».
АБС молекулярных машин
Присоединение молекулы Ub к Pex5p играет решающую роль в цикле импорта. Энергия требуется для этого шага, а также для последующего экспорта комплекса. «В предыдущих публикациях мы описывали присоединение убиквитина к импортному рецептору как педаль акселератора», - говорит Платта.
Однако оставалось неясным, что именно произошло с экспортированным Ub-модифицированным Pex5p. Нынешнее исследование, основанное в первую очередь на проектах PhD Ребекки Бринкмайер и Фузи Эль Маграуи, дало ответ на этот вопрос. Анализируя систематически генерируемые варианты Ub и Pex5p, команда продемонстрировала, что стабильное слияние Ub-Pex5p вызывает дефект импорта пероксисомального белка. Соответственно, Ub приходится снова отсоединять от Pex5p.
Как только убиквитин поглощается другим ферментом, Pex5p возвращается к своему исходному состоянию и может быть использован повторно. Если этот шаг отсутствует, рецептор импорта выходит из-под контроля. Во-первых, он кренится внутри цитоплазмы как комплекс, пока он беспорядочно не врезается обратно в пероксисому, где он блокирует стыковочный комплекс, тем самым ингибируя импорт правильного Pex5p, модифицированного Ub. «В конечном итоге это приводит к полной потере функции пероксисомы», - заключает Платта. «Таким образом, наше исследование добавляет необходимый шестой шаг к циклу импорта».