Клеточная «система утилизации мусора» имеет другую функцию

Исследователи из Johns Hopkins Medicine сообщают, что подмножество белковых комплексов, чья роль долгое время считалась исключительно химическим расщеплением и утилизацией белков, больше не нужных клетке, по-видимому, также играет роль в передаче сигналов от одного нейрона к другому.

Исследование протеасом, проведенное на культурах клеток животных и ткани мозга, опубликовано в апрельском выпуске журнала Nature Structural & Molecular Biology.

По словам исследователей, эта работа может в перспективе открыть новые направления в исследованиях обучения, памяти и заболеваний мозга.

Протеасомы и их роль в расщеплении белков были открыты в 1980 году, что принесло исследователям Нобелевскую премию по химии в 2004 году. Считалось, что они находятся исключительно в цитоплазме, и их рассматривали как часть клеточной «системы утилизации мусора».

«Как только ненужные белки доставляются к протеасомам, эти крупные комплексы действуют как шредер, разрезая белки на мелкие фрагменты», — объясняет Капил В. Рамачандран. Эти фрагменты затем используются для создания новых белков.

Поскольку этот процесс занимает часы или дни, блокирование активности протеасом химическими ингибиторами не должно влиять на краткосрочные клеточные функции. Однако предыдущие исследования показали, что такие ингибиторы могут быстро, в течение секунд, влиять на передачу сигналов между нейронами.

Задаваясь вопросом, могут ли традиционные представления о протеасомах быть неверными, Рамачандран и Марголис с помощью иммуноэлектронной микроскопии обнаружили протеасомы в необычном месте — встроенными в мембраны культивируемых нейронов мыши. Этот результат подтвердили несколько биохимических тестов, включая фракционирование мембран.

Чтобы выяснить функцию этих мембраносвязанных протеасом, исследователи использовали радиоактивные аминокислоты для мечения белков внутри нейронов. Биохимические подходы показали, что вскоре после этого пептиды (небольшие белковые единицы), несущие эти радиоактивные метки, выбрасывались за пределы клеток. Обработка нейронов химическим ингибитором, блокирующим только мембранный протеасом, предотвращала этот выброс пептидов. Это указывало на то, что мембраносвязанный протеасом расщепляет меченые белки и экспортирует фрагменты наружу.

Когда исследователи обработали группы нейронов ингибитором мембранных протеасом, кальциевая сигнализация между этими клетками нарушилась. Поскольку кальциевая сигнализация необходима для межклеточной коммуникации, это предположило важность выбрасываемых пептидов для передачи сообщений. Действительно, обработка нейронов очищенными пептидами, экспортированными протеасомами, вызывала быстрое начало клеточной сигнализации.

Вместе эти данные свидетельствуют о том, что нейрональный мембраносвязанный протеасом жизненно важен для клеточной сигнализации. Это открытие поднимает новые вопросы о том, какие именно белки расщепляет этот комплекс, какие соединения он экспортирует и что происходит при сбое этой системы. Исследователи уже обнаруживают связи между нарушениями в этой системе и неврологическими заболеваниями, такими как нейродегенерация.

«Реалистично, понимание различных аспектов этой вновь открытой функции протеасома может занять целую жизнь», — отмечает Рамачандран.