Исследование описывает недостающий этап в том, как клетки перемещают свой груз

Каждый раз, когда гормон высвобождается из клетки или нейромедиатор передает сигнал через синапс, клетка должна пройти через экзоцитоз. Это процесс транспортировки клеточного содержимого в липидных везикулах к плазматической мембране с последующим слиянием мембран и секрецией. За открытия в этой системе клеточного транспорта трое американцев получили Нобелевскую премию в 2013 году.

Исследование под руководством Вэй Го, профессора биологии в Университете Пенсильвании, выявило ключевой механизм активации, ведущий к слиянию везикул с мембраной.

Работа опубликована в журнале Nature Communications. Ведущим автором был Пэн Юэ, бывший аспирант университета.

Экзоцитоз включает сложное взаимодействие белков SNARE: v-SNARE на везикуле и t-SNARE на «целевой» мембране (в данном случае — плазматической мембране клетки). Их взаимодействие позволяет везикуле слиться с мембраной для выгрузки содержимого.

В дрожжевых клетках (модельной системе) известно, что комплекс SNARE формируется между двумя t-SNARE и одним v-SNARE. Однако один из t-SNARE, синтаксин, обычно находится в аутоингибиторной конформации («закрытая дверь»), блокирующей взаимодействие с другим t-SNARE. Ученые выяснили, как эта «дверь» открывается для полной сборки SNARE-комплекса.

Исследователи сосредоточились на экзоцисте — белковом комплексе, который заякоривает везикулу у мембраны перед слиянием. Скрининг восьми субъединиц экзоциста показал, что одна из них — Sec3 — взаимодействует с аутоингибированным синтаксином.

Эксперименты показали, что Sec3 значительно ускоряет связывание синтаксина с другим t-SNARE. Его взаимодействие было кратковременным, подобно ферментативному катализу. Использование реконструированной липидной системы подтвердило, что Sec3 ускоряет слияние мембран.

Изучение кристаллической структуры показало, что Sec3 расслабляет одну из альфа-спиралей в «шарнире» аутоингибированного t-SNARE, открывая его.

Создание мутантов Sec3 привело к нарушению экзоцитоза у дрожжей: везикулы, предназначенные для плазматической мембраны, накапливались внутри клетки.

Ученые также определили, что одна часть Sec3 отвечает за слияние, а другая — за докинг (заякоривание) везикулы. Мутации в разных доменах вызывали один или другой дефект.

В будущем лаборатория Го планирует изучить функции других субъединиц экзоциста в слиянии мембран и понять, как контролируется активация Sec3 для запуска процесса слияния.