Исследователи приближаются к пониманию молекулярных процессов, которые заставляют части клеточных мембран превращаться в крошечные трубочки, которые могут транспортировать молекулы внутрь и наружу клеток.
Клеточные биологи Киотского университета хотели выяснить, участвуют ли «переворачивающие» ферменты, принадлежащие к семейству P4-ATPase, в побуждении клеточных мембран к изменению формы. Эти ферменты переворачивают определенные липиды между внутренним и внешним слоями мембраны. До сих пор не было ясно, играют ли они роль в изменении кривизны мембраны, потому что ученые не смогли увидеть их активность в сочетании с деформацией мембраны.
Исследователи разработали процесс, позволяющий им делать именно это. Они пометили флуоресцентные молекулы чувствительными к искривлению белками «BAR», присутствующими в цитозоле, и наблюдали за их поведением.
Известно, что когда BAR-домен одного типа, называемый N-BAR, рекрутируется на клеточную мембрану, он проникает в липидный бислой клетки, вызывая образование небольшой внутренней кривизны. Белок ощущает это изменение кривизны, что приводит к привлечению большего количества доменов N-BAR, которые прикрепляются друг к другу вдоль части мембраны, вызывая ее трансформацию в трубку.
BAR и F-BAR домены, с другой стороны, не делают этого, если только, как обнаружили исследователи, в клетках не активировался специальный переворачивающий фермент, называемый ATP10A. ATP10A переворачивает липидный фосфатидилхолин с внешнего слоя клеточной мембраны на внутренний, вызывая небольшое изменение ее кривизны. При активации ATP10A домены BAR и F-BAR ощущали изменение кривизны и связывались с клеточной мембраной. Затем белки собрались, прикрепились друг к другу вдоль клеточной мембраны и превратили эту часть в выступающую внутрь трубочку. Этого не происходило в клетках, в которых ATP10A была выключена.
«Увеличение изгиба плазматической мембраны внутрь за счет экспрессии ATP10A усиливает эндоцитоз», - объясняет Хе-Вон Шин из Высшей школы фармацевтических наук Киотского университета. Эндоцитоз - это процесс, при котором часть клетки поглощает внешние молекулы для дальнейшей обработки.
«Плазматическая мембрана также динамически меняет форму во время миграции клеток, инвазии раковых клеток, клеточного деления, поглощения питательных веществ и проникновения патогенов и вирусов в клетки», - объясняет Шин. «Это исследование является первым свидетельством того, что изменения в липидном составе трансбислоя, индуцированные Р4-АТФазами, могут деформировать биологические мембраны», - говорит она.
Исследование опубликовано в последнем выпуске The EMBO Journal.