Эндоцитоз, фундаментальный процесс, который клетки используют для приема макромолекул, во многом похож на воздушный шлюз на космическом корабле, но более мягкий, говорит доктор Гюнтер Холлопетер, доцент кафедры молекулярной медицины в Колледже ветеринарной медицины Корнельского университета.. Исследователи изучали, как клетки инициируют и осуществляют эндоцитоз с 1960-х годов, но в новой статье в журнале eLIFE лаборатория Холлопетера, наконец, описывает, как клетки отключают этот важный клеточный механизм. И их выводы не лишены противоречий.
«До нашей работы люди не понимали, что важно отключить этот процесс», - сказал Холлопетер. Эндоцитоз функционирует при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Альцгеймера, вирусные инфекции, рак и сердечно-сосудистые заболевания. «Вот почему для нас важно понять, как работает этот механизм. Если бы мы могли выяснить, как его включать или выключать, и настраивать его в различных системах органов, возможно, мы могли бы контролировать прогрессирование некоторых из этих заболеваний».
Эндоцитоз имеет решающее значение для повседневного функционирования всех типов клеток. «Тип эндоцитоза, который мы изучаем, представляет собой многоцелевой инструмент, который используют клетки - он очень легко адаптируется», - сказал Эдвард Партлоу, аспирант лаборатории Холлопетера. Например, этот процесс помогает определить, как клетки реагируют на сигналы, которые говорят им, когда им расти и размножаться, позволяет нейронам модулировать реакцию на нейротрансмиттеры и позволяет клеткам печени удалять холестерин из кровотока.
Система настолько универсально важна для многоклеточных организмов, что грибы, растения и животные используют практически одни и те же молекулярные машины для осуществления эндоцитоза. Из-за этого единообразия группа Холлопетера работает с модельным организмом C. elegans - микроскопическим червем, которым легко манипулировать, - чтобы выяснить, как работает этот процесс. Они создают различные мутации, которые нарушают эндоцитоз, что приводит к характерным заполненным жидкостью щекам, которые выглядят как челюсти. Выяснив, как исправить челюсти червей и восстановить эндоцитоз, они могут собрать воедино, какие белки необходимы для системы и какую роль они играют. Затем исследователи проверяют, что те же самые правила применимы и к другим животным, используя белки, выделенные от людей и мышей.
Во время эндоцитоза клетки образуют что-то похожее на «мохнатую ямку» под макромолекулами, поглощают их и отщипывают полезную нагрузку внутри мембранного компартмента внутри клетки. «Мех» на самом деле представляет собой слой каркасных белков, называемых клатрином. Поскольку клатрин не может напрямую прикрепляться к клеточной мембране, комплекс адаптерных белков, называемый AP2, сначала переходит в открытое активное состояние, а затем связывает каркас с мембраной, чтобы начать процесс..
Ранее группа Холлопетера обнаружила, что белок FCHo действует как ускоритель процесса открытия AP2, а другой белок, NECAP, действует как тормоз и закрывает его. В своей последней работе команда сотрудничала с доктором Ричардом Бейкером, микроскопистом из Калифорнийского университета в Сан-Диего, для создания 3D-визуализации, показывающей, как NECAP взаимодействует с AP2, с помощью криоэлектронной микроскопии. Эта технология, удостоенная Нобелевской премии, включает в себя мгновенное замораживание белков и использование высокоэнергетического электронного луча для создания изображения с невероятно высоким разрешением. Полученные визуализации показывают, что NECAP работает точно так же, как зажим для чипсов на пакете с картофельными чипсами. Он прикрепляется по обе стороны от белкового комплекса AP, чтобы закрыть его и предотвратить эндоцитоз.
Исследователи пока не знают, заключается ли роль NECAP в том, чтобы помочь переработать клатрин или же он отключает эндоцитоз как форму контроля качества.«Мы думаем об этом как о действии либо в конце эндоцитоза, - сказал Партлоу, - либо в начале, чтобы выключить его, если процесс начинается не в том месте или не в то время».
Новые результаты прямо противоречат работе других исследователей эндоцитоза, которые также недавно опубликовали статью о функции NECAP. Они пришли к выводу, что NECAP работает как ускоритель, а не как тормоз. Но Холлопетер и Партлоу считают, что все еще существуют компоненты эндоцитоза, которые исследовательскому сообществу еще предстоит собрать воедино.
В своей текущей работе группа исследует новый тип челюстного червя, чтобы выяснить, почему нарушение эндоцитоза создает эти пухлые щеки. Недавно Холлопетер и Бейкер получили пятилетний грант в размере 1,83 миллиона долларов от Национального института здравоохранения для поддержки их работы по выявлению и визуализации факторов, участвующих в эндоцитозе.
"Многие люди сказали бы, что это уже проработано, и мы знаем все, что нам нужно знать об этом. Но чем больше мы смотрим на эндоцитоз, тем больше мы понимаем, что мы еще многого не знаем, - сказал Холлопетер. - Мы можем использовать нашу систему для решения фундаментальных вопросов о том, как регулируется этот белковый комплекс, и это действительно интересно. возможность."