Tudi celice morajo vzdrževati red

Kako celice zagotavljajo prostorsko porazdelitev beljakovin

Zapis prostorske porazdelitve Ras (modra fluorescentna), ki se pogosto pojavlja v celični membrani (rob) in v Golgijevem aparatu (v sredini). Fotomontaža prikazuje, kako se vzorec porazdelitve Ras ohranja v ravnovesju: Raskov, zasidran v maščobni kislini (rdeč), se z Golgijevim aparatom prevaža v membranskih mehurčkih (modri krogi) do celične membrane. Encim APT1 (zelena) odstranjuje palmitoilacijsko sidro molekul Ras, ki so se iz celične membrane preselile v druge membrane. Depalmitoilirani Ras (oranžna) lahko zdaj prosto plava v celici in se absorbira v Golgijev aparat. Nato se cikel spet začne. Tako celice uporabljajo preprost princip za dostavo Ras in drugih palmitoiliranih beljakovin do cilja: lokalizirani distribucijski center (Golgi), usmerjena dostava na ciljno mesto in univerzalna odstranitev tarče (depalmitoilacija), ki ji sledi ponovna vnos v transportni cikel. © Philippe Bastiaens
prebral

Vse življenje na zemlji grozi motnja. Zato mora celica stalno vzdrževati vrstni red porabe energije. Znanstveniki Maxa Plancka so zdaj odkrili, kako celice zagotavljajo pravilno porazdelitev beljakovin znotraj njih. Svoje nove rezultate predstavljajo v aktualni številki revije "Cell".

Potem je veliko beljakovin, ki jih je treba transportirati na celično membrano, opremljeno s sidrom maščobnih kislin, ki jih pritrdi v celično membrano. Ker pa od tam tudi pridejo v membrane celičnih organelov, sidro te proteine ​​po kratkem času odstranijo. V nasprotju s transportom v membrano ta uhajanje zato nespecifično napolni celico. Raziskovalci so tako razkrili preprosto načelo, po katerem celice nadzorujejo kompleksno prostorsko porazdelitev beljakovin in tako ohranjajo visoko stanje urejenosti.

Ugotovitve lahko odpirajo tudi nove možnosti pri zdravljenju raka. Ker so v drugi raziskavi znanstvenikom uspeli prekineti prostorsko porazdelitev rakavega proteina Ras z novim zaviralcem in s tem motili njegovo delovanje.

Celica kot dvorišče za prodajo

Znotraj celice je treba prevažati večje število snovi. Kot morsko dvorišče služi tako imenovani Golgijev aparat. Znotraj te organele, ki je obdana z lastno membrano, se beljakovine in druge snovi postanejo funkcionalno in transportne. Z njegove membrane se odcepijo majhni mehurčki - vezikle in jih usmerijo na njihova ciljna mesta.

Številni proteini, ki jih je treba transportirati na celično membrano, imajo molekulo maščobne kisline. S tako imenovano palmitoilacijo membranski proteini dobijo nekakšno naslovno etiketo in se prenašajo na celično membrano. Celica se zatakne s tem usmerjenim transportom iz Golgijevega aparata na celično membrano proti stalnemu "puščanju" v druge membrane. Ker je poleg celične membrane celica napolnjena z membranami organelov, ki med seboj komunicirajo preko veziklov. Posledično palmitoilirani membranski proteini, ki so bili prvotno namenjeni samo celični membrani, dosežejo tudi druge lokacije. Sčasoma bi se ti proteini neselektivno porazdelili znotraj celice. zaslon

Prilagojene molekularne sonde

Raziskovalci z Inštituta za molekularno fiziologijo Max Planck v Dortmundu so zdaj lahko uporabili tehnike molekularne mikroskopije za spremljanje prilagojenih molekulskih sond v živih celicah in analizo lokacije in prenosa palmitoiliranih beljakovin v realnem času. Ugotovili so, da palmitoilacija poteka predvsem na aparatu Golgi. Od tam palmitoilirani proteini na površini tupih mehurjev dosežejo celično membrano. Da bi preprečili kopičenje beljakovin na drugih membranah, posebni encimi maščobno kislinsko sidro neločljivo odstranijo vse palmitoilirane beljakovine.

Beljakovine nato prosto plavajo skozi celico, dokler se ponovno ne vnesejo v transportni mehanizem Golgijevega aparata. Tako celica zagotavlja, da se napačno usmerjeni proteini neprestano in hitro dovajajo nazaj v prometno omrežje in prevažajo do svojega pravilnega cilja.

"Takšno stanje, ki ni v ravnovesju in ga je mogoče vzdrževati le ob stalnih porabah energije, zaznamuje vse življenje v nasprotju z neživimi kompleksnimi sistemi, kot so kristali, ki sprejmejo ravnovesno stanje z minimalno energijo Max, razlaga znanstvenik Max Planck Philippe Bastiaens. Raziskovalci so tako odkrili temeljno življenjsko načelo.

Preprosta rešitev za kompleksne naloge

Toda kako celica ve, kateri proteini v Golgijevem aparatu bi morali prejeti naslovno etiketo za celično membrano? Po mnenju znanstvenikov lahko vsak protein pridobi maščobno sidro, če je aminokislina cistein zlahka dostopna na površini beljakovine. Nato se samodejno prevaža na celično membrano. Zato za ta transportni postopek niso potrebni nobeni receptorji, ki bi posebej vezali beljakovine, ki jih je treba transportirati.

Po mnenju znanstvenikov je to očarljiv primer, kako lahko zapletene procese nadziramo z zelo preprostimi fizikalnimi in kemičnimi pravili. Na prvi pogled je identifikacija tistih beljakovin, ki jih je treba prevažati na določeno mesto, prepoznati lažne prevoze in preprečiti, da bi se širili dalje od cilja, izredno zahtevna.

Vendar pa celica lahko to naredi zelo preprost način brez dodatnih receptorjev ali regulatornih mehanizmov. Drugi sistemi samoorganiziranja, kot so stanja žuželk, pogosto delujejo na razmeroma preprostih načelih. V nasprotnem primeru se niso mogli spoprijeti s svojimi številnimi nalogami.

Ti rezultati so mejnik. Spremenili bodo način, kako se v prihodnosti izvajajo raziskave v celični biologiji. Kajti le če bomo poznali načela, po katerih življenje deluje, ga bomo lahko resnično razumeli. Osredotočenost na številne različne signalne poti znotraj celice nam ne pomaga veliko naprej, "je dejal Bastiaens.

Novo zdravilo zavira rakave beljakovine

Toda raziskovalna skupina je šla še korak dlje in ustvarila podlago za možno uporabo ugotovitev v terapiji raka. Izrazit član palmitoiliranih beljakovin je protein Ras. Mutacije v genu ras najdemo pri številnih tumorjih. Vendar je popolnoma funkcionalen le, če je zasidran v celični membrani in ne zaide v druge membrane. Raziskovalci so zato razvili inhibitor Palmostatin B proti encimu, ki je odgovoren za cepitev sidrov maščobnih kislin.

Če ta encim izklopimo, palmitoilirani Ras ostane zasidran v celični membrani in od tam v membrano drugih celičnih organelov. "To je bil povsem nov pristop, ki dejansko nasprotuje zdravi pameti. Zato farmacevtske raziskave tega niso nikoli zasledovale. Ker usmerjenega prevoza iz Golgijevega aparata nismo zavirali, temveč spodbujali neselektivno porazdelitev v celici, "razlaga raziskovalec Max Planck Herbert Waldmann.

S palmostatinom B so znanstveniki lahko prvič zavirali Ras protein, ne da bi ga popolnoma odpravili. Če je Ras popolnoma neaktiven, umrejo celo zdrave celice. Po drugi strani neločljiva porazdelitev znotraj celice le zavira zlonamerni učinek mutiranega proteina Ras. Rakaste celice spet postanejo normalne celice. Zahvaljujoč temu odkritju je bilo mogoče, da bi Ras-odvisne tumorje nekega dne nežno zdravili, ne da bi pri tem škodili zdravim celicam.

(Društvo Max Planck, 04.05.2010 - DLO)