Различные заболевания нервной системы человека, такие как боковой амиотрофический склероз (БАС), болезни Альцгеймера, Хантингтона и Паркинсона, связаны с одним и тем же основным заболеванием: потерей способности нервных клеток правильно сворачивать свои белки, что вызывает белковые скопления, которые образуют «сгустки», которые в конечном итоге вызывают гибель клеток.
Растения, как и животные, используют белки для выполнения клеточных функций, поддерживающих их жизнь. Белковый состав определяется информацией, содержащейся в клеточной ДНК, но для осуществления своей биологической функции белки также должны быть свернуты в трехмерную конфигурацию. Если белок не свернут правильно, он не сможет выполнять свою функцию. Стрессовые ситуации, такие как внезапное повышение температуры, вызывают сбои в процессе фолдинга, что приводит к образованию неправильно свернутых белков, которые необходимо либо удалить, либо восстановить, иначе они могут слипаться и образовывать токсичные агрегаты.
Хлоропласты - это клеточные компартменты, в которых происходит фотосинтез в растительных клетках. Кроме того, они несут ответственность за производство многих питательных веществ, которые обеспечивают рост растений и животных, которые их потребляют. Большая часть этой работы выполняется белками, некоторые из которых очень склонны к неправильной укладке и агрегации, что приводит к потере их функции.
Группа ученых во главе с Мануэлем Родригесом-Консепсьоном, исследователем CSIC в Центре исследований сельскохозяйственной геномики (CRAG), показала, что в нормальных условиях хлоропласты избавляются от этих дефектных белков, расщепляя их с помощью молекулярной механизм, называемый протеазой Clp. Однако, когда накопление агрегированных белков превышает способность протеазы Clp их удалять, хлоропласты генерируют сигнал бедствия, который направляется к ядру клетки, чтобы активировать производство репарационных белков, называемых шаперонами. Шапероны, в свою очередь, транспортируются к хлоропластам, чтобы расщепить белковые «комки» и развернуть дезагрегированные белки, способствуя тому, чтобы они могли правильно свернуться и восстановить свою функцию через несколько часов. Эти молекулярные механизмы аналогичны тем, которые работают в наших нервных клетках, когда в митохондриях вырабатываются неправильно свернутые белки.
Исследование, проведенное на модельном растении Arabidopsis thaliana и опубликованное в журнале PLOS Genetics, обнаружило ключевой ген (HsfA2), который активирует синтез шаперона и, таким образом, спасает клетку от токсического воздействия неправильно свернутого белка. накопления.«Сигнальный путь от хлоропластов к ядру включает молекулярный переключатель под названием HsfA2. Этот ключевой ген также активируется, когда тепловой удар вызывает проблемы с укладкой белка в других клеточных компартментах», - объясняет Эрнесто Ламас, первый автор работы.
По словам Пабло Пулидо, третьего члена группы, проводившей это исследование, «знание того, как растения реагируют на проблему, когда некоторые из их белков теряют свою первоначальную структуру и функцию, становясь потенциально опасными, необходимо для лучшего приспособление сельскохозяйственных культур к неблагоприятным условиям внешней среды». Эта проблема особенно актуальна в нынешних условиях изменения климата.
Исследование, проведенное в CRAG, также может помочь лучше понять, как возникают, распространяются и усугубляются болезни нервной системы, связанные с неправильным свертыванием белка. «Фундаментальные исследования, то есть исследования, связанные с процессами, определяющими базовое функционирование живых существ, составляют основу, на которой базируются прикладные исследования», - говорит Родригес-Консепсьон. В этом смысле результаты их исследований с растениями могут быть перенесены на новые универсальные методы исправления неправильной укладки белков и, таким образом, повлиять на поиск решений дегенеративных заболеваний, которые и по сей день остаются неизлечимыми.