Прорыв в клеточной биологии человека: обнаружена новая органелла, участвующая в утилизации белков

Прорыв в клеточной биологии человека: обнаружена новая органелла, участвующая в утилизации белков
фото: UVA Health

Ученые из Университета Вирджинии обнаружили новую органеллу в человеческих клетках, которую они назвали «гемифусомой». Эта структура, напоминающая снеговика в шарфе, может играть ключевую роль в процессе переработки  и утилизации клеточных компонентов, что открывает новые горизонты для понимания клеточных процессов и развития заболеваний, сообщает Live Science.

В человеческих клетках обнаружена новая органелла, которую ученые называют «гемифусомой». Подобно полноразмерным органам в наших телах, органеллы внутри клеток представляют собой специализированные структуры, выполняющие определенные функции. Наблюдая за нитями, которые поддерживают форму клеток, Сехам Эбрахим, доцент Университета Вирджинии, и ее команда заметили новую структуру, которая постоянно появлялась на создаваемых ими 3D-изображениях.

То, что на снимках поначалу казалось артефактом, оказалось новой органеллой, которая может быть задействована в сортировке, переработке и утилизации белков в клетках человека. Эбрахим сравнила форму гемифусомы с формой снеговика, одетого в шарф: представьте себе маленькую голову, прикрепленную к большему телу, с тонкой границей, разделяющей два конца.

Диаметр органеллы составляет около 100 нанометров, что менее половины размера даже небольшой митохондрии — известного источника энергии клетки.

Ученые смогли наблюдать за гемифусомами благодаря использованию метода криоэлектронной томографии (крио-ЭТ) для получения изображений. Эта техника включает быстрое замораживание клеток из четырех выращенных в лаборатории клеточных линий для сохранения как можно большего количества их структур, что позволило создавать четкие трехмерные изображения.

«Это как моментальный снимок во времени без каких-либо химикатов или пятен», — сообщила Эбрахим Live Science. Используя эту технику визуализации, они смогли заглянуть внутрь клеток в «очень естественном состоянии», как если бы они были стеклянными шариками, добавила она.

В статье, опубликованной в журнале Nature Communications в мае, исследователи написали, что жесткие этапы обработки, которым подвергают клетки другие методы визуализации, вероятно, не позволили обнаружить гемифусомы ранее. Кроме того, при использовании других методов, которые применяют визуализацию для изучения процессов, происходящих в живой клетке, органелла, вероятно, была слишком мала, чтобы ее можно было увидеть, и в лучшем случае выглядела как размытое пятно, добавила Эбрахим.

Эбрахим и ее коллеги изучали конфигурацию везикул, которую они никогда раньше не наблюдали. Везикулы — это похожие на баллоны структуры, которые используются для транспортировки таких веществ, как белки и гормоны, внутри и между клетками. Новое исследование выявило две везикулы, слитые вместе с двухслойным барьером из липидов между ними.

«Даже с точки зрения биофизики это прорыв, — сказала Эбрахим, — потому что с точки зрения биофизики люди всегда предсказывали или теоретизировали, что везикулы могут существовать в этом полуслитом состоянии… но это был первый случай, когда это было фактически обнаружено в живой клетке». Это наблюдение вдохновило на название гемифусома, поскольку полуслияние относится к частичному слиянию двух билипидных слоев.

Эбрахим утверждает, что гемифусомы можно классифицировать как органеллы, поскольку они являются самостоятельными функциональными единицами внутри клетки, в отличие от «мимолетных» структур, которые временно появляются по мере формирования и разделения мембран. В своей статье она написала, что маловероятно, что гемифусомы являются артефактами крио-ЭТ.

«Выводы Эбрахим свидетельствуют о том, что визуализированные ими гемифусомы представляют собой подлинные промежуточные продукты клетки, а не искажения, вызванные замораживанием», — сказал И-Вэй Чан, доцент кафедры биохимии и биофизики в Медицинской школе Перельмана при Университете Пенсильвании, который не принимал участия в работе.

Как сообщил Чанг в электронном письме Live Science, как только роль и функция гемифусом будут подтверждены в ходе дальнейших исследований, их можно будет признать отдельным классом промежуточных структур, которые выполняют часть процессов слияния в клетках млекопитающих.

В рамках своей текущей работы исследователи могут подтвердить существование гемифусомы, но им еще предстоит определить точную роль органеллы, ее жизненный цикл или ее состав. Эбрахим выдвигает гипотезу, что гемифусомы являются предшественниками определенных типов везикул. Она считает, что гемифусомы могут играть решающую роль в переработке или утилизации клеточных мембран, что важно для предотвращения накопления в клетках веществ, которые могут засорить их работу, если им позволят накапливаться.

Исследователи написали, что более глубокое понимание того, как работают гемифусомы, может также открыть новые возможности для понимания того, как проявляются такие заболевания, как болезнь Альцгеймера. Болезнь Альцгеймера связана с неправильным очищением аномальных белковых бляшек в мозге, что со временем приводит к их накоплению.

«Без криоэлектронной томографии мы бы упустили это открытие», — сказала Эбрахим, добавив, что «вероятно, существует целый мир, который нам еще предстоит открыть».

Источник: Live Science

#Биология #Клетки #Наука #Открытия #Медицина