Внутри каждой клетки находится сложная инфраструктура органелл, выполняющих различные функции. Органеллы должны обмениваться сигналами и материалами, чтобы клетка работала правильно. Новые технологии позволяют исследователям видеть и понимать сети, соединяющие эти органеллы, что позволяет им строить карты торговых путей, существующих внутри клетки. В исследовании, которое будет опубликовано 29 сентября в журнале Journal of Biological Chemistry, сообщается об использовании нового метода для идентификации белков, который позволяет двум органеллам, митохондриям и эндоплазматическому ретикулуму, прикрепляться друг к другу.
«Представьте себе [органеллу] как паром, который пришвартовывается в одном месте, выгружает и загружает пассажиров и автомобили, а затем отправляется в другое место и делает то же самое», - сказал Джеффри Голден, профессор Brigham and Women's. Больница и Гарвардская медицинская школа, которые руководили работой. «Их способность стыковать, загружать и выгружать груз требует направляющих или пандусов определенной ширины и высоты, которые соединяют лодку и сушу, иначе они не могут свободно загружать и разгружать».
Точки контакта между эндоплазматическим ретикулумом (ЭР) и митохондриями являются теми «пандусами» и «направляющими», которые обеспечивают эти контакты. Они обеспечивают важные функции, такие как передача сигналов, обмен кальция и липидов и контроль физиологии митохондрий. Неправильные связи между ER и митохондриями были связаны с несколькими нейродегенеративными заболеваниями, включая болезни Альцгеймера, Паркинсона и Гентингтона. Белки, которые соединяют ER и митохондрии, хорошо изучены у дрожжей, но связи между этими органеллами у многоклеточных организмов, таких как млекопитающие, более сложны и менее понятны.
Сотруднику Голдена Гинаму Чо и научному сотруднику Ил-Таегу Чо пришла в голову идея поиска белков, важных для ER-митохондриального контакта, с использованием метода, недавно разработанного для выявления контакта между белками. В этом методе используется фермент, называемый аскорбатпероксидазой или APEX, который может прикреплять биотин, широко известный как витамин B7, к близлежащим белкам. Команда сконструировала клетки для производства митохондрий с прикрепленными к их внешним мембранам APEX, а затем добавила в клетки биотин, чтобы APEX использовал его для маркировки близлежащих белков.
Затем команда выделила части клетки, содержащие ER, очистила те белки, к которым был присоединен биотин, и идентифицировала те, которые были обнаружены в ER, с помощью масс-спектрометрии. Поскольку APEX был прикреплен к митохондриям, только те белки, которые оказались в непосредственной близости от митохондрий, могли иметь прикрепленный биотин. Таким образом, биотин служил своего рода паспортным штампом, указывающим, какие белки участвовали в контакте ЭР с митохондриями.
«Раньше можно было смотреть только на одну молекулу за раз, чтобы оценить, с чем она взаимодействует», - сказал Голден. «Метод, который мы использовали, является более быстрым и позволяет беспристрастно взглянуть на всю систему и на то, что происходит на интерфейсе этой органеллы».
Используя этот метод скрининга, исследователи сосредоточились на белке ER, называемом RTN1a, который, как ранее было известно, вносит вклад в форму ER. В последующих экспериментах они подтвердили, что этот белок также помогает митохондриям прикрепляться к ЭПР.
Это исследование повышает вероятность того, что дефекты в RTN1a могут способствовать проблемам, с которыми сталкиваются пациенты с нейродегенеративными заболеваниями, но исследователи не узнают наверняка, пока не проведут дополнительные эксперименты, в том числе аналогичные исследования нервных клеток.
Голден предполагает, что белки, важные для контакта ЭР с митохондриями, могут различаться в разных типах клеток.
"Использует ли печень те же белки для контроля такого рода взаимодействий, что и нервные клетки? Является ли один [белок] более важным для обмена кальция, а другой набор белков более важен для обмена липидов?" - спросил Голден. «Я думаю, что есть много клеточной биологии, которую мы просто не знаем, и на которую можно было бы ответить [используя этот метод]».
В настоящее время команда использует метод масс-спектрометрии APEX для сравнения белков, участвующих в ЭР-митохондриальных контактах между нормальными и полученными от пациента нервными клетками.
"Есть много интересных вещей, которые мы можем сделать", сказал Иль-Тэг Чо.