Ученые выяснили, как дрожжевые клетки чувствуют механическое напряжение на мембранах
Ученые из Женевского университета (UNIGE) совместно с коллегами из Института структурной биологии в Гренобле (IBS) и Фрибургского университета (UNIFR) использовали криоэлектронную микроскопию, чтобы изучить, как липиды и белки плазматической мембраны взаимодействуют и реагируют на механический стресс.
Исследование, опубликованное в журнале Nature, показывает, что в зависимости от условий небольшие участки мембраны могут стабилизировать различные липиды для запуска специфических клеточных ответов. Это подтверждает существование организованных липидных доменов и раскрывает их роль в выживании клеток.
Криоэлектронная микроскопия высокого разрешения
Команда под руководством профессора Робби Лёвита изучала, как компоненты плазматической мембраны взаимодействуют друг с другом, чтобы ее биофизические свойства оставались оптимальными для роста и выживания клетки.
«До сих пор доступные техники не позволяли изучать липиды в их естественной среде внутри мембран. Благодаря Центру визуализации Дюбоше (DCI) нам удалось решить эту задачу с помощью криоэлектронной микроскопии», — объясняет Лёвит.
Эта техника позволяет замораживать образцы при -200°C, чтобы «поймать» мембраны в их нативном состоянии для последующего наблюдения под электронным микроскопом.
Ученые использовали пекарские дрожжи (Saccharomyces cerevisiae) — модельный организм, удобный для выращивания и генетических манипуляций, чьи фундаментальные клеточные процессы схожи с процессами у высших организмов.
Исследование сфокусировалось на специфическом мембранном микродомене, основу которого составляет белковый каркас, известный как эйзосомы. Считается, что эти структуры способны секвестрировать или высвобождать белки и липиды, чтобы помочь клеткам противостоять повреждению мембраны или сигнализировать о нем.
«Впервые нам удалось очистить и наблюдать эйзосомы, содержащие липиды плазматической мембраны в их нативном состоянии. Это реальный шаг вперед в понимании их функции», — поясняет Маркку Хакала, соавтор исследования.
Преобразование механического сигнала в химический
С помощью криоэлектронной микроскопии ученые обнаружили, что организация липидов в этих микродоменах меняется в ответ на механические стимулы.
«Мы обнаружили, что когда белковая решетка эйзосомы растягивается, сложное расположение липидов в микродоменах нарушается. Эта реорганизация липидов, вероятно, позволяет высвободить секвестрированные сигнальные молекулы для запуска механизмов адаптации к стрессу. Наше исследование с беспрецедентной детализацией раскрывает молекулярный механизм, с помощью которого механический стресс может быть преобразован в биохимическую сигнализацию через взаимодействия белок-липид», — заявила Дженнифер Кефаувер, первый автор исследования.
Эта работа открывает новые пути для изучения фундаментальной роли компартментализации мембраны — движения белков и липидов внутри мембран для формирования субкомпартментов (микродоменов). Этот механизм позволяет клеткам выполнять специализированные биохимические функции, в частности активировать пути клеточной коммуникации в ответ на различные стрессы.