Если вы обращали внимание на уроке биологии, вы можете смутно вспомнить слово «гомеостаз». Этот термин относится к идее о том, что клетки развили сложный набор систем, позволяющих им реагировать на окружающую среду, сохраняя при этом внутренний, физиологически здоровый баланс. Эти системы особенно важны, когда наши клетки подвергаются стрессу, например, когда мы подвергаемся воздействию экстремальных температур или ультрафиолетового излучения солнца, поскольку многое может пойти не так, если клетки не смогут реагировать на стрессовые факторы окружающей среды.
Аутофагия - это важная система, которую клетки используют для поддержания гомеостатического баланса. В переводе примерно как «пожирать себя» аутофагия расщепляет токсичные материалы, которые накапливаются внутри клетки, когда она находится под давлением. Например, он помогает удалить белки, которые не складываются должным образом, иначе они образуют вредные агрегаты. Аутофагия, по сути, является своего рода клеточным хозяйством.
В исследовании, опубликованном в журнале Autophagy, исследователи из Токийского медицинского и стоматологического университета (TMDU) описывают новый экспериментальный метод, который может помочь пролить свет на молекулярные детали аутофагии. Их внимание было сосредоточено на убиквитине, ключевой сигнальной молекуле в этом процессе.
Убиквитин - это крошечный белок, который прикрепляется к другим белкам в клетке, как и упомянутые выше неправильно свернутые несоответствия, и нацеливает их на деградацию. Убиквитин добавляется повторяющимися единицами, создавая убиквитиновый «хвост», который может распознать система аутофагии. Этот пошаговый процесс, называемый убиквитинированием, имеет решающее значение для клетки, чтобы определить, какие белки необходимо удалить. Однако на этих белках может образовываться множество сложных структур убиквитиновых хвостов, и только некоторые из них были подробно изучены.
«Убиквитин на самом деле имеет восемь различных остатков, которые он потенциально может использовать, когда формирует полиубиквитиновую цепь на целевом белке», - объясняет ведущий автор Йоичи Нибе. «Мы знаем, что конкретный остаток, используемый для связывания, может определить, какой путь деградации белка будет следовать во время аутофагии, но пока охарактеризованы только два из этих остатков. Функция остальных шести в значительной степени неизведанная территория. система, которая позволила бы нам проанализировать любой остаток убиквитина, который мы выберем».
Для этого исследовательская группа разработала систему, которая одновременно экспрессирует две генетически модифицированные молекулы убиквитина. Суть в том, что каждый убиквитин слит с половиной флуоресцентного белка под названием Kusabira Green. Когда обе половины Kusabira Green находятся рядом друг с другом, излучается зеленый свет, поэтому в результате клетка загорается везде, где две молекулы убиквитина соединены друг с другом.
«Генетическая маркировка расщепленным флуоресцентным белком сама по себе не является новой техникой», - отмечает автор корреспонденции Шигеру Осима. «Разница в том, что эта система позволяет нам визуализировать сборку убиквитина в реальном времени в живых клетках. Мы можем жестко контролировать экспрессию убиквитина с помощью экспериментальной индукции, что идеально подходит для изучения высокодинамичных процессов, таких как убиквитинирование., мы можем манипулировать отдельными остатками убиквитина, чтобы в клетке формировались специфические цепи».
На сегодняшний день только два остатка, участвующих в формировании цепей убиквитина, лизин 48 и лизин 63, связаны с аутофагией. Новая система позволила команде добавить третий остаток - лизин 33 - к репертуару убиквитина для управления этой клеточной системой домашнего хозяйства. Команда надеется, что их метод визуализации в конечном итоге принесет еще больше плодов.
«Система очень универсальна, - добавляет Осима. «Учитывая сложность повсеместного распространения, мы ожидаем, что в будущем мы обнаружим некоторые интересные функции».