Избыток белка нарушает баланс здоровья клеток

Фото из открытых источников

Исследование, проведенное в Женевском университете, показало, что даже незначительное избыточное производство тубулина, белка, необходимого для структуры клеток, достаточно для нарушения организации тканей, что подчеркивает необходимость строгого регулирования уровня этого белка.

Для нормального функционирования клеток необходимо производить нужное количество каждого белка. Это тонкий баланс: как недостаток, так и избыток могут нарушить жизненно важные клеточные функции. Команда из Женевского университета показала, что даже небольшой избыток тубулина — белка, который собирается в микротрубочки, внутренний каркас клетки, — достаточен для нарушения архитектуры тканей и снижения жизнеспособности клеток. Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, демонстрирует, что количество белка так же важно, как и его функция.

Микротрубочки, построенные из тубулина, образуют внутренний скелет клетки. Они помогают клеткам поддерживать свою форму, транспортировать молекулы, делиться и оставаться прочно прикрепленными к соседним клеткам. В отличие от жестких структур, микротрубочки постоянно собираются и разбираются, адаптируясь к меняющимся потребностям клетки. Это динамическое поведение напрямую зависит от количества доступного тубулина.

Более сорока лет биологи знали, что клетки обладают механизмом, замедляющим выработку тубулина, когда его уровень становится слишком высоким. Однако биологическая цель этого регуляторного пути оставалась неизвестной. Чтобы ответить на этот вопрос, группа под руководством Иваны Гасич, профессора кафедры молекулярной и клеточной биологии факультета естественных наук Женевского университета, использовала трехмерные сфероиды. «Эти трехмерные модели клеточных культур ведут себя как ткани и воспроизводят межклеточные взаимодействия гораздо точнее, чем обычные двухмерные культуры», — объясняет она. «Наши результаты показывают, что клетки регулируют не только то, какие белки они производят, но и их количество с поразительной точностью».

Используя передовые методы микроскопии, исследователи изучили сфероиды, содержащие клетки, которые производили на 10-20% больше тубулина, чем обычно. «Можно было бы ожидать, что большее количество этого белка укрепит цитоскелет, но верно обратное», — говорит соавтор исследования Ана Коэльо де Алмейда. «Избыток тубулина делает микротрубочки аномально стабильными и замедляет их способность к реорганизации. В результате клетки больше не могут адаптировать свою архитектуру к ограничениям окружающей среды».

Последствия быстро распространяются за пределы отдельных клеток. Белки, ответственные за межклеточную адгезию и прикрепление к внеклеточному матриксу, больше не располагаются правильно. Клеточные контакты ослабевают, архитектура ткани постепенно ухудшается, а жизнеспособность клеток снижается. «Наши результаты показывают, что клетки регулируют не только то, какие белки они производят, но и их количество с поразительной точностью. В случае тубулина даже небольшого избытка достаточно, чтобы нарушить организацию ткани. Это раскрывает фундаментальный принцип клеточной биологии», — добавляет Ана Коэльо де Алмейда.

Помимо углубления понимания биологии микротрубочек, исследование устанавливает контроль количества белков как ключевой механизм поддержания клеточного гомеостаза. Этот регуляторный путь особенно актуален, поскольку микротрубочки уже являются мишенью для нескольких противораковых препаратов, включая паклитаксел, который стабилизирует микротрубочки, предотвращая деление опухолевых клеток. В будущем лучшее понимание этого пути может проложить путь к новым терапевтическим стратегиям, направленным на модулирование уровня тубулина или дополнение существующих методов лечения, направленных на динамику микротрубочек.