Шаги, которые клетки предпринимают в ответ на вызовы, более сложны, чем считалось ранее, говорится в новом исследовании, опубликованном в журнале eLIFE. В исследовании изучается система, имеющая отношение к раку, вирусным инфекциям и диабету, а также к болезни Паркинсона и Лу Герига, и обнаруживается множество случаев «целенаправленной неэффективности» клеточного поведения.
Эти новые пути могут предложить пути для понимания и, возможно, даже лечения этих заболеваний, отмечают ученые исследования.
«Удивительно, но клетки часто используют подход, который кажется совершенно неэффективным», - объясняет Кристин Фогель, доцент кафедры биологии Нью-Йоркского университета и ведущий автор исследования.«Однако обнаружение этих неожиданных путей помогает нам лучше понять, как организм реагирует на серьезное заболевание, и вместе с этим открывает совершенно новые пути для поддержки клеток в их стремлении вылечить болезнь».
Каждая клетка человеческого тела производит до 1,5 миллионов белковых молекул каждую минуту, и приведение белков в правильную форму является жизненно важной и огромной задачей. Если слишком много белков неправильно сворачиваются и накапливаются, здоровье клетки находится в непосредственной опасности и может в конечном итоге привести к гибели клетки.
По этой причине «клеточная реакция на стресс» играет центральную роль во многих заболеваниях человека. Неправильно свернутые белки возникают в быстро делящихся раковых клетках, которые производят намного больше белковых молекул, чем обычно, или в инфицированных вирусом клетках, где вирус захватывает механизм производства белка хозяина.
Поэтому клетки вырабатывают несколько механизмов для борьбы с накоплением белков с неправильной укладкой, для остановки синтеза белков и правильного повторного сворачивания существующих.
Прошлые исследования изучали эти виды поведения изолированно. Однако недавние технологические достижения позволяют ученым изучать эти клеточные процессы в целом и, в частности, предлагают новый взгляд на ранее не обнаруженные взаимосвязи и пути.
В исследовательскую группу под руководством Фогеля входили ученые из Нью-Йоркского университета, Берлинского института медицинских систем, Берлинского университета Гумбольдта, Иллюмины и Национального университета Сингапура.
Сочетая несколько передовых методов и анализов, исследователи изучали реакцию раковых клеток человека на неправильно свернутые белки в течение нескольких часов и с разных точек зрения. Затем они разработали вычислительные инструменты для интеграции этих данных и извлечения сигнала для каждого из тысяч генов, которые они обнаружили на нескольких этапах своего пути регулирования.
То, что обнаружили ученые, противоречило их ожиданиям. «Нормальный процесс создания белков из генов состоит из двух основных этапов, называемых транскрипцией и трансляцией», - объясняет Фогель.«Если в клетке накапливаются неправильно свернутые белки, вы можете подумать, что первым и самым простым ответом должно быть прекращение этих двух шагов, чтобы избежать производства еще большего количества белков. И действительно, мы наблюдаем множество генов, трансляция которых останавливается в ответ на это. к неправильно свернутым молекулам в клетке."
Однако исследователи также обнаружили удивительное количество совершенно разных ответов. Например, многие гены не участвовали в глобальном отключении трансляции, а скорее увеличили второй этап синтеза, производя еще больше белковых молекул из этих генов. Другие же уменьшили их перевод по стандартной модели, но, наоборот, увеличили первый шаг - транскрипцию, что сделало рендеринг, казалось бы, неэкономичным процессом.
Исследователи отмечают, что Почему самый простой маршрут часто не выбирают, до сих пор остается предметом спекуляций.
«Клетки гораздо умнее, чем просто выключать все во время стресса, и у нас есть некоторые идеи, почему», - говорит Фогель.«Для некоторых генов клетки хотят быть особенно быстрыми в наращивании синтеза, когда происходят неправильно свернутые белки - например, для поддержки механизма повторной укладки. Чтобы сэкономить время, клетка всегда выполняет первый шаг для этих генов несколько расточительным образом., так что остается сделать только второй шаг, когда потребуются белки. Для других клетка активирует производство белков генами на полпути «на всякий случай», когда они понадобятся, и поэтому готовится ко всем возможностям».
В настоящее время исследователи изучают некоторые из этих новых направлений и надеются, что многие другие сделают то же самое, основываясь на недавно опубликованных результатах. В свою очередь, эти будущие исследования могут привести к лучшему пониманию клеточного стресса и способов его лечения при заболеваниях.
Исследование было поддержано грантами Национального института общих медицинских наук (1R01GM113237-01, 1R35GM127089-01), входящего в состав Национального института здравоохранения.