Подмножество белковых комплексов, роль которых, как долгое время считалось, состоит только в химическом разложении и отказе от белков, которые больше не нужны клеткам, по-видимому, также играет роль в передаче сообщений от одной нервной клетки к другой, Johns Hopkins Medicine сообщают исследователи.
Краткий обзор исследований так называемых протеасом, проведенных в культурах животных клеток и тканях мозга, опубликован в апрельском номере журнала Nature Structural & Molecular Biology.
Исследователи говорят, что работа может в конечном итоге открыть новые пути в исследованиях обучения, памяти и заболеваний мозга.
В 1980 году исследователи из Израиля и США открыли протеасомы и их роль в расщеплении белков - работа, которая принесла им Нобелевскую премию по химии в 2004 году. Считалось, что они ограничены цитоплазмой или внутренней частью клеток. вне ядра протеасомы долгое время считались частью клеточной системы «удаления мусора», объясняет Капил В. Рамачандран, докторант кафедры биологической химии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса.
«Как только нежелательные белки доставляются в протеасомы, эти большие комплексы действуют как измельчитель бумаги. Они разрезают белки на крошечные кусочки», - объясняет он. Затем эти кусочки повторно используются для создания новых белков, добавляет Рамачандран. «По сути, это способ переработки белков в клетках».
Потому что этот процесс занимает часы или дни, говорит Сет С. Марголис, доктор философии, доцент кафедры биологической химии и неврологии в Медицинской школе Университета Джона Хопкинса, блокирование активности протеасом с помощью химических ингибиторов не должно влиять на какие-либо краткосрочные клеточные функции. Однако предыдущие исследования показали, что эти химические ингибиторы могут быстро влиять на передачу сигналов через нейроны в течение нескольких секунд.
Задаваясь вопросом, могут ли некоторые традиционные предположения о протеасомах быть ошибочными, Рамачандран и Марголис сначала попытались выяснить, могут ли протеасомы располагаться за пределами цитоплазмы. Используя метод, называемый иммуноэлектронной микроскопией, для исследования белков, помеченных антителами в клетках, они искали протеасомы в культивируемых нейронах мыши.
К своему удивлению, говорит Марголис, они обнаружили несколько протеасом, встроенных в клеточные мембраны, место, где, насколько им известно, эти белковые комплексы раньше не наблюдались. Несколько других биохимических тестов, таких как фракционирование мембраны - метод, при котором исследователи отделяли мембрану от других частей клетки и смотрели, какие компоненты присутствуют, - подтвердили эти выводы.
«Разборка всей системы позволила нам подтвердить, что это именно то, что мы действительно видели», - говорит Марголис.
Затем исследователи обратили свое внимание на выяснение того, что эти протеасомы делали в этом необычном месте. Зная, что протеасомы обычно разлагают белки, исследователи применили радиоактивные аминокислоты - компоненты, из которых состоят белки, - к нейронам, чтобы пометить белки, образующиеся внутри нейронов.
Биохимические подходы показали, что эти аминокислоты включены во все белки. Вскоре после этого пептиды (небольшие единицы белка), которые несли эти радиоактивные аминокислоты, были выкачаны наружу клеток. Когда исследователи обработали нейроны химическим ингибитором, который блокировал только мембранную протеасому, они увидели, что этот ингибитор блокирует высвобождение пептидов за пределы клетки. Это указывает на то, что связанные с мембраной протеасомы деградировали меченые белки и выталкивали их наружу клетки.
Когда исследователи воздействовали на группы нейронов химическим ингибитором протеасом, связанных с мембраной нейронов, они обнаружили, что передача сигналов кальция между этими клетками нарушается. По словам Марголиса, поскольку передача сигналов кальция необходима для межклеточных коммуникаций, эти результаты свидетельствуют о том, что выделенные пептиды могут быть важны для обмена клеточными сообщениями. И действительно, отмечает он, когда он и Рамачандран обрабатывали нейроны очищенными пептидами, выделяемыми из протеасом, клетки быстро начинали передавать сигналы.
Исследователи говорят, что эти результаты свидетельствуют о том, что протеасома, связанная с мембраной нейрона, жизненно важна для передачи клеточных сигналов. Их эксперименты поднимают множество новых вопросов о том, какие именно белки разрушает этот комплекс, какие соединения он выбрасывает и что происходит, когда эта система выходит из строя, говорит Рамачандран. По его словам, он и Марголис уже обнаруживают связь между сбоями в этой системе и неврологическими заболеваниями, такими как нейродегенерация.
«На самом деле, чтобы понять различные аспекты этой недавно открытой протеасомы, может потребоваться целая жизнь», - говорит он.