Обнаружен новый механизм эндоцитоза и внутриклеточного транспорта

Эндоцитоз — важный клеточный процесс, посредством которого клетки поглощают вещества, такие как вода и питательные вещества. Эти вещества сначала транспортируются в начальный сортировочный компартмент (эндосомы), прежде чем будут деградированы (эндо-лизосомальный путь) или рециклированы (путь рециркуляции к плазматической мембране).

Транс-Гольджи сеть (TGN), расположенная рядом с аппаратом Гольджи, является ключевым посредником этого внутриклеточного транспорта. Эндоцитоз опосредует заражение вредными патогенами, такими как бактерии и вирусы, а его нарушение может привести к нескольким заболеваниям. Поэтому крайне важно понимать молекулярные механизмы, управляющие этим процессом. Почкующиеся дрожжи — важная модель для изучения эндоцитоза, но конкретные механизмы сортировки эндоцитарного груза у этих организмов долгое время оставались неясными.

Исследование, опубликованное 21 июля 2023 года в журнале eLife, выявило новый эндоцитарный путь у почкующихся дрожжей. Результаты демонстрируют, что специфический компартмент внутри TGN, помеченный белком Tlg2p, служит ранним компартментом и сортирует эндоцитарные грузы для рециркуляции или деградации.

Эти открытия стали результатом международного сотрудничества группы выдающихся исследователей, включая профессора Дзиро Тосима из Токийского университета науки, профессора Дзюнко Й. Тосима из Токийского технологического университета, профессора Дарию Э. Зиххаус из Института науки и технологий Австрии и доктора Акихико Накано из Центра передовой фотоники RIKEN.

«Механизмы эндоцитарной сортировки различаются у разных типов организмов, например, растений и животных. Наши находки дают ответ на давний вопрос о том, обладают ли дрожжи, которые являются распространёнными модельными организмами для изучения эндоцитоза, специфическим сортировочным компартментом на раннем этапе эндоцитарного пути», — объясняет профессор Тосима.

Ключевым инструментом для этого открытия стал флуоресцентный маркер эндоцитоза, ранее разработанный профессором Тошимой и его коллегами. В сочетании с высокоскоростной 4D-визуализацией с использованием высокочувствительной конфокальной микроскопии сверхвысокого разрешения для живых клеток (SCLIM), разработанной группой доктора Накано (RIKEN, Вако), этот инструмент позволил исследователям наблюдать динамику эндоцитарного груза.

Микроструктурные исследования с использованием этого подхода показали, что после эндоцитоза флуоресцентный маркер сначала попадал в специфический, независимый компартмент в TGN. Важно, что этот компартмент содержал Tlg2p, который является белком-мишенью для эндоцитарного везикула.

Примечательно, что как вещества, предназначенные для деградации в лизосомах, так и белки для рециркуляции к плазматической мембране сначала локализовались в одном и том же Tlg2p-компартменте. Эти данные позволяют предположить, что этот сортировочный компартмент направляет эндоцитарный материал в лизосомы для деградации и к плазматической мембране для рециркуляции. Команда также обнаружила, что GGA-белки (Golgi-associated, γ-adaptin ear containing, Arf-binding) необходимы в качестве адапторов для этого механизма сортировки.

Дальнейший анализ показал, что Tlg2p-компартмент пространственно отделён от секреторного компартмента в той же TGN, что указывает на его независимое существование в клетке. Кроме того, делеция GGA влияла на динамику сортировки в Tlg2p-компартменте, но не оказывала эффекта на секреторный компартмент. Вместе эти данные указывают на то, что разные компартменты TGN могут быть задействованы в секреции и эндоцитарной сортировке.

Новые механизмы эндоцитоза, выявленные в этом исследовании, указывают на существование аналогичных транспортных путей (компартментов) в клетках млекопитающих. Следовательно, они могут стать ключом к раскрытию молекулярных механизмов фундаментальных жизненных процессов, а также механизмов инфекций и заболеваний, вызванных нарушениями эндоцитоза.

Профессор Тосима поясняет: «Наши результаты имеют потенциал для клинического применения. В будущем они могут быть использованы для разработки терапевтических стратегий для предотвращения/лечения инфекций, вызванных патогенами, и других заболеваний, связанных с нарушениями эндоцитоза. Это станет ещё более значимым в свете появления новых патогенов, количество которых, как ожидается, будет только увеличиваться в будущем».