Все клетки имеют поверхностные мембраны, и эта мембрана особенно важна для светочувствительных клеток глаз вашего тела. В ваших глазах находятся миллионы фоторецепторов - нервных клеток, которые улавливают свет и формируют изображения окружающего мира. Поверхностные мембраны этих нервных клеток заполнены родопсином, белком, обнаруживающим свет. Это светочувствительные мембраны глаз, которые поглощают пакеты света, чтобы активировать нервы, вызывающие ощущение зрения.
Однажды активированные светом, молекулы родопсина на поверхностной мембране должны «перезагрузиться», чтобы снова почувствовать свет, процесс, который происходит внутри клетки. Для этого требуется, чтобы родопсин был перемещен в клетку, а для «сброса» родопсина был возвращен обратно на поверхность. Следовательно, для нормального функционирования светочувствительные мембраны в этих клетках постоянно обновляются, чтобы восстановить светочувствительные датчики, которые они несут.
Ученые из Национального центра биологических наук (NCBS) в Бангалоре и Института Бэбрахама в Великобритании недавно обнаружили ключевой фактор, необходимый для надлежащей переработки мембран. Используя светочувствительные мембраны глаз плодовых мушек в качестве модельной системы, исследователи обнаружили, что фермент фосфолипаза D или PLD необходим для рециркуляции мембран для поддержания нормального зрения.
Сброс молекул родопсина начинается с процесса, называемого эндоцитозом, когда клетка отщипывает части своих поверхностных мембран в структуры, называемые эндосомами. Родопсин в этих эндосомах в конечном итоге возвращается обратно на клеточную поверхность для дальнейших событий обнаружения света. Поскольку чувствительность фоторецептора зависит от того, сколько молекул родопсина находится на его поверхности, обновление мембран в этих клетках имеет решающее значение для сохранения нормального зрения.
«Вы можете думать об эндоцитозе и рециркуляции мембран как о двух этапах процесса обновления мембран», - говорит Рагху Падинжат из NCBS. «Между этими двумя факторами должен быть баланс, иначе размер мембраны уменьшится - состояние, которое может привести к дегенерации сетчатки в глазах. Это на самом деле наблюдается при наследственном генетическом заболевании, редком заболевании, называемом дегенерацией желтого пятна Беста., - добавляет он.
Однако связь между эндоцитозом и возможным процессом рециркуляции для поддержания фоточувствительных поверхностных мембран оставалась неясной - до сих пор. Совместное исследование лаборатории Падинжата в NCBS и Института Бэбрахама в Великобритании показало, что хорошо известный фермент под названием фосфолипаза D или PLD играет центральную роль в связывании эндоцитоза с рециркуляцией мембран.
Используя фоторецепторные клетки плодовой мушки в качестве модельной системы, команда обнаружила, что, когда эти клетки подвергаются воздействию света, включается PLD, и что его активность необходима для сопряжения эндоцитоза с рециркуляцией родопсина обратно в клетку. поверхность.
У мутантных мух, у которых отсутствует PLD в фоторецепторах, процесс эндоцитоза не связан с рециркуляцией мембран. При постоянном воздействии света поверхность клеток фоторецепторов у мутантных мух постепенно сжимается, при этом снижается уровень родопсина, что делает их все менее чувствительными к свету. Без активности PLD сетчатка постепенно дегенерирует, и мухи-мутанты слепнут.
Команда Падинжата решила использовать глаз плодовой мушки в качестве модельной системы, так как он обладает многими идеальными характеристиками для изучения оборота мембраны. Это связано с тем, что светочувствительные части фоторецепторов плодовой мушки сильно расширены, образуя структуру, называемую рабдомером. При воздействии света изменения размера этой мембраны можно отчетливо визуализировать с помощью электронной микроскопии. Кроме того, благодаря генетической гибкости системы исследователи смогли четко идентифицировать PLD как важный компонент, регулирующий оборот мембраны.
«Фермент PLD превращает молекулу, называемую фосфатидилхолином, в фосфатидную кислоту или PA, которая участвует в обмене мембран. Однако PA также вырабатывается другими ферментами, и наше исследование убедительно показывает, что PA, регулирующий оборот мембраны, был произведен PLD», - говорит Раджан Тхакур, исследователь из группы Падиджата и главный автор публикации в журнале eLife, в которой сообщается об этом. результаты.
Несмотря на выявление ключевого игрока в процессе оборота мембраны, команда Падинжата считает, что для понимания этого явления необходимо заполнить гораздо больше пробелов. Например, работа показывает, что активность PLD в фоторецепторах активируется светом, но как это происходит, до сих пор неясно.
Световой рецептор, родопсин, находится на поверхности мембраны и может обнаруживать свет, когда поверхность клетки освещена. Но PLD, который также активируется светом, находится где-то внутри клетки. Так как же информация о воспринимаемом свете, передаваемая в PLD для его активации?» - спрашивает Тхакур. «Нам также необходимо заполнить пробелы о том, как PA на самом деле влияет на переработку мембран и процесс оборота. Наше открытие подняло больше вопросов, на которые нужно ответить в процессе оборота мембраны», - добавляет он.
Но результаты этого исследования не ограничиваются только обменом мембран в светочувствительных оболочках глаз. Мембранный обмен является критическим механизмом, который поддерживает площадь клеточной поверхности. В клетках с расширенной клеточной поверхностью, таких как клетки, выстилающие дыхательные пути легких или поглощающие питательные вещества клетки кишечника, поддержание площади клеточной поверхности необходимо для их нормальной функции. Даже такие процессы, как миграция клеток, сопровождаются обширным эндоцитозом и рециркуляцией мембран, которые необходимо строго регулировать.
«Поэтому, независимо от типа клеток, должны существовать механизмы, связывающие эндоцитоз с рециркуляцией мембраны», - говорит Падинжат. «В этом и заключается важность нашей работы - мы определяем механизм, с помощью которого регулируется размер клеточной мембраны», - добавляет он.