Молекулярная «пит-стоп команда», отвечающая за пополнение запасов в сигнальных клетках

Эффективность и координация молекулярных путей в наших клетках часто превосходит возможности пит-стоп команды в автогонках. Например, когда свет попадает на сетчатку глаза, миллионы сигналов запускают каскад молекулярных событий за секунду. За несколько секунд клетка сетчатки может истощить запас сигнальных молекул, но высокоэффективные клеточные процессы быстро восстанавливают их.

Команда Рагху Падинджата из Национального центра биологических наук (NCBS, Бангалор) более десяти лет изучает, как клетки координируют этот процесс. Теперь они обнаружили новый элемент этой головоломки — три белка, ответственных за эффективную работу сигнального пути.

Исследователи показали, что фермент PI4KIIIα (фосфатидилинозитол-4-киназа IIIα) вместе с малоизученными белками Efr3 и TTC7 критически важны для поддержания уровня липидной молекулы PIP2 на поверхностных мембранах клеток. Именно там PIP2 необходим для производства молекулярных посредников во время клеточной сигнализации.

Путь фосфолипазы C (PLC) — широко распространённая сигнальная система, реагирующая на гормоны, нейромедиаторы, запахи и свет. В глазах свет активирует мембраносвязанную PLC, которая расщепляет PIP2 на вторичные мессенджеры, передающие информацию внутрь клетки. Это первый шаг каскада, ведущего к зрительному восприятию.

Во время этого процесса запасы PIP2 в мембранах клеток сетчатки быстро истощаются, и требуется постоянное пополнение. Ключевую роль здесь играет предшественник PIP2 — молекула PI4P (фосфатидилинозитол-4-фосфат). Её синтезируют ферменты PI4K (фосфатидилинозитол-4-киназы).

Используя в качестве модели плодовую мушку Drosophila, команда показала, что именно изоформа PI4KIIIα поддерживает уровень PI4P во время сигнализации. Мутантные мушки с низким уровнем этого фермента в глазах демонстрировали сильно сниженную реакцию на свет. Оказалось, что это связано с истощением PIP2 в мембранах клеток их сетчатки, что подтверждает жизненно важную роль PI4KIIIα.

Кроме того, исследование выявило, что PI4KIIIα работает в связке с двумя другими белками — Efr3 и TTC7 — для поддержания уровня PI4P. Подобно пит-стоп команде, эти три белка функционируют вместе, чтобы быстро «заправить» сигнальные клетки необходимым количеством PIP2.

«Генетические вариации в одном из компонентов комплекса, Efr3, связаны с расстройствами аутистического спектра у людей. Это исследование может дать представление о молекулярной патологии, лежащей в основе нарушений развития функций человеческого мозга», — говорит Рагху Падинджат.

В работе использовался современный метод масс-спектрометрии (MS) для измерения уровней PI4P и PIP2 в мембранах клеток. «Обычно в подобных исследованиях используют флуоресцентные зонды, но здесь мы измерили эти низкоабундантные липиды с помощью MS», — отмечает Срути Балакришнан, первый автор публикации. MS даёт количественные данные, дополняя методы флуоресцентной визуализации, которые предоставляют пространственную информацию.

«Обнаружение того, что PI4KIIIα помогает поддерживать уровень PIP2 в поверхностной мембране, заполняет важный пробел в нашем понимании метаболизма PIP2 и PLC-сигнализации», — говорит Балакришнан. — «Поскольку эти процессы высоко консервативны у разных организмов и происходят во многих типах клеток, наша работа на мушках может многое рассказать об этих путях даже в человеческих клетках».