Точно так же, как тело состоит из легких, печени и лимфатических узлов, каждая из клеток тела содержит крошечные специализированные органы. Возможно, наиболее необычными среди них являются лизосомы - пузырчатые мешочки, которые действуют как мусорная корзина, частично желудок.
Помимо всего прочего, лизосома пожирает клеточный мусор - и, как и желудок, она должна быть кислой, чтобы выполнять свою работу. На самом деле, без кислых лизосом клетки в культуре перестают делиться и в конце концов отмирают.
"Мы задали очень простой вопрос: Почему?" - говорит Кыванч Бирсой, доцент Чепмена Перельмана в Рокфеллеровском университете. Эксперименты в его лаборатории дали такой же простой ответ: железо. Оказывается, клетка больше не может получить доступ к этому важному питательному веществу, когда рН в ее лизосомах повышается.
Открытие, недавно описанное в Molecular Cell, имеет значение для понимания и лечения болезней, включая рак.
Мобильные многозадачные устройства
История лизосом началась в 1955 году, когда Кристиан де Дюв, клеточный биолог, который позже присоединился к Рокфеллеру, впервые обнаружил их. В последующие годы ученые узнали, что лизосомы выполняют множество функций внутри клеток - от поглощения всех видов клеточного мусора и его переработки для повторного использования до передачи биохимических сигналов и обработки питательных веществ.
Несмотря на их сложные функции, однако, большинство функций лизосом необязательны. Когда они не функционируют должным образом, «клетка каким-то образом находит способы компенсировать это», - говорит Бирсой.
Критическим исключением, как показали недавние исследования лаборатории, является превращение железа в его питательную форму. «Кажется, что клетки не могут обрабатывать железо без лизосом», - говорит он.
Железное голодание
Росс Вебер, аспирант лаборатории Бирсоя, сделал это открытие после того, как снизил лизосомальную кислотность клеток до уровня, вызывающего стресс, но не убивающий клетки. В ответ на этот вызов клетки активировали гены, участвующие в использовании железа, в то время как уровень железа в их организме резко снизился.
Клетки не могут долго обходиться без железа, необходимого для производства ДНК и других необходимых молекул. Когда повышение pH вызывает истощение запасов железа, клетки перестают делиться и в конце концов умирают. Ученые считают, что это происходит потому, что лизосомы высвобождают железо из молекул, которые его транспортируют, что они лучше всего делают при рН от 4 до 5, что примерно соответствует кислотности помидора..
Поскольку известно, что лизосомы необходимы для пролиферации раковых клеток, открытие предлагает потенциально новый способ борьбы с опухолями: голодание их по железу. В последние годы лаборатория Бирсоя разработала ряд инновационных способов уничтожения раковых клеток, блокируя их доступ к необходимым питательным веществам; теперь истощение запасов железа обещает стать еще одним оружием в этом арсенале потенциальных лекарств.«В будущем будет важно определить, применимы ли эти результаты в контексте других состояний, связанных с потерей кислотности, таких как лизосомные нарушения накопления и нейродегенеративные заболевания», - говорит Бирсой. «Мы считаем, что есть много интересных возможностей».