Клеткам приходится постоянно приспосабливаться к окружающей среде, чтобы выжить. Внезапное повышение уровня осмолита в окружающей среде, такого как соль, вызывает потерю воды клетками и их сморщивание. За считанные секунды они активируют механизм, который позволяет им восстановить свой первоначальный объем воды и избежать смерти.
Выяснение того, какие гены участвуют в выживании при осмотическом стрессе, было предметом исследования, проведенного лабораториями доктора Посаса и доктора де Надаля в Институте исследований в области биомедицины (IRB Барселона) и доктора Дж. Вальверде из Университета Помпеу Фабра (UPF) в сотрудничестве с группой под руководством доктора Моффата из Университета Торонто (Канада). широкогеномного генетического скрининга ученые обнаружили центральную роль гена, известного как LRRC8A, в способности клеток выдерживать осмотический шок.
Этот ген кодирует белок, который формирует каналы в мембране и позволяет ионам хлора покидать клетку. «Используя модель эпителиальных клеток человека, а также другие типы клеток человека и мыши, мы смогли продемонстрировать, что этот канал открывается вскоре после того, как клетки подвергаются воздействию высокой концентрации хлорида натрия (NaCl)», - объясняет доктор Де. Надаль, который вместе с доктором Франсеском Посасом возглавляет лабораторию клеточных сигналов в IRB в Барселоне. Авторы также определили молекулярный механизм, вызывающий такое быстрое открытие. Хлоридный канал фосфорилируется, что означает, что фосфатная группа добавляется к определенной аминокислоте в его последовательности, тем самым активируя канал.
«Это был очень сложный проект, и нам потребовались годы, чтобы увидеть свет», - объясняет доктор Мигель Анхель Вальверде, глава лаборатории молекулярной физиологии UPF. «Мы также показали, насколько важно, чтобы этот канал активировался и удалял хлориды, чтобы начать процесс восстановления объема и чтобы клетки выжили с течением времени», - добавляет он.
Использование фиолетового красителя, который окрашивает только живые клетки, позволило исследователям наблюдать, что гибель клеток увеличивается примерно на 50%, когда активность этого хлоридного канала блокируется определенным соединением.
Путешествие во времени, чтобы ответить на старые вопросы
В 90-х годах в различных важных научных работах по регуляции объема клеток описывался процесс, с помощью которого клетки регулируют свой объем, чтобы выжить. Было известно, что белки, ответственные за восстановление объема при солевом стрессе, требуют низких внутриклеточных концентраций, чтобы активироваться, но неизвестно, как это происходит в таких неблагоприятных условиях. Этим открытием авторы ответили на вопрос, заданный исследователями много лет назад: как хлорид выходит из клетки, чтобы запустить весь процесс? По словам главного соавтора статьи, доктора Сельмы Серра (UPF): «Теперь у нас есть ответ на этот вопрос. Именно канал LRRC8A снижает уровень хлоридов в клетке. понимание роли, которую играет этот канал в адаптации клеток к средам с очень низкой концентрацией солей. Большой проблемой было выяснить, как тот же хлоридный канал может иметь решающее значение в противоположном механизме. В начале проекта казалось, что вопреки любой научной логике, согласно которой канал, используемый для сокращения клеток, может также увеличивать их».
Используя методы электрофизиологической и флуоресцентной микроскопии в живых клетках для определения внутриклеточного уровня хлоридов, исследователи продемонстрировали участие хлоридного канала LRRC8A в реакциях на стимулы с высоким содержанием соли.
Основная техническая и концептуальная задача
Изучение этого процесса на молекулярном уровне стало серьезной проблемой для команды, участвующей в этом проекте. Потому что очень сложно проводить исследования клеток in vivo, пока они подвергаются осмотическому шоку и сморщиваются. «Представьте, что вы смотрите на сочный виноград, и вдруг он становится похожим на изюм, что очень усложняет нам задачу», - говорят авторы.
Другим важным фактором является то, что в этих стрессовых условиях механизм активации хлоридного канала сильно отличается от того, что было описано до сих пор в литературе. Ведущий соавтор статьи, Предраг Стоякович, говорит: «Было большим сюрпризом узнать, что сигнальные пути в ответ на стресс, киназа MAP, белки, которые мы изучали в лаборатории в течение нескольких месяцев, непосредственно ответственны за за активацию этого канала. МАР-киназы представляют собой группу сигнальных белков, которые добавляют фосфатные группы к другим белкам, тем самым активируя или деактивируя их. Используя молекулярные методы, авторы исследовали белок канала, чтобы найти целевую последовательность этих киназных белков. «Нам удалось идентифицировать специфический остаток хлоридного канала, который приводит к активации под контролем MAP-киназного канала в ответ на стресс», - говорит докторант Стоякович. Будущие последствия
Это новое исследование открывает новые возможности для изучения адаптации клеток и выживания при солевом стрессе. Некоторые органы тела, такие как почки, часто подвергаются воздействию высокой концентрации соли, что может угрожать их выживанию. Знание какие молекулы контролируют выживаемость в этих условиях, может быть очень полезно для понимания некоторых патологий, которые влекут за собой восстановление объема в ответ на воздействие солей», - объясняет доктор Посас.
Кроме того, обнаружение роли этого канала в этих процессах клеточной регуляции имеет большое значение при многих патологиях, связанных с белками, регулируемыми LRRC8A. Это может иметь значение в таких ситуациях, как определенные виды артериальной гипертензии или церебральной ишемии.