Ученые из EMBL в Гейдельберге и Университета Вирджинии раскрыли интересный механизм, с помощью которого клетки адаптируются к голоданию. Это открытие может иметь важное значение для исследований рака.
Что стрессированные дрожжи могут рассказать о фундаментальных клеточных процессах? Довольно много, по словам исследователей Европейской лаборатории молекулярной биологии (EMBL) . Команда изучает, среди прочего, как клетки адаптируются к стрессу — например, к нехватке питательных веществ. Одним из их любимых объектов испытаний является вид дрожжей S. pombe, который на протяжении столетий используется в традиционном пивоварении. Будучи эукариотом, он во многом похож на клетки человека, поэтому биологи часто используют его в качестве модельного организма для изучения фундаментальных клеточных процессов.
Рибосомы переворачиваются в голодных клетках
Ученые заметили, что дрожжевые клетки обладают замечательной адаптацией к голоданию: их митохондрии покрываются роем массивных молекулярных комплексов, называемых рибосомами. Заинтригованные этим странным явлением, команда Маттеи из EMBL в Гейдельберге и лаборатория Jomaa в Медицинской школе Университета Вирджинии изучили его более подробно, используя одночастичную криоэлектронную микроскопию и криоэлектронную томографию.
Рибосомы — это тяжеловесные молекулярные машины клетки, которые производят белки. Однако оказалось, что в голодных дрожжевых клетках рибосомы, которые толпятся на поверхности митохондрий, ничего не производят. Они впадают в спячку.
«Один из способов для клетки пережить стрессовые условия до лучших дней — это свести потребление энергии к минимуму», — объяснил Оливье Жемен, научный сотрудник EIPOD в команде Маттеи, которая руководила этим новым исследованием. «Производство белков требует большого количества энергии, которую можно сэкономить, блокируя рибосомы».
Почему гибернирующие рибосомы прикрепляются к поверхности митохондрий, остается загадкой.
«Могут быть разные объяснения», — сказал руководитель группы Симоне Маттеи. «Голодная клетка в конечном итоге начнет переваривать себя, поэтому рибосомы могут покрывать митохондрии, чтобы защитить их. Они также могут прикрепляться, чтобы запустить каскад сигналов внутри митохондрий».
Другая возможность, которую исследует Маттеи, связана с тем, что голодающим клеткам нужен способ быстро начать вырабатывать энергию, как только пища (в форме глюкозы) снова становится доступной. Поскольку митохондрии являются производителями энергии клетки, наличие рибосом поблизости для производства необходимых белков может помочь этому процессу.
Ученые были поражены, когда заметили, что рибосомы прикрепляются к внешней мембране митохондрий способом, который противоречит тому, что было известно о них ранее.
«До сих пор было известно, что рибосомы взаимодействуют с мембранами только посредством своей большой субъединицы. Но в голодных клетках мы увидели, что они делают это наоборот, посредством малой субъединицы!» — сказал Маттеи.
В своих будущих исследованиях команда выяснит, как и почему рибосомы прикрепляются таким необычным образом.
Раковые клетки проходят через ад, который они создают
Борьба голодающих дрожжевых клеток имеет некоторое сходство с борьбой раковых клеток.
Хотите верьте, хотите нет, но быть раковой клеткой действительно тяжело. Когда опухоль становится агрессивной, ее клетки растут так быстро, что их потребность в питательных веществах и кислороде опережает их поставку. Это означает, что большинство раковых клеток постоянно голодают в своего рода аду, который они создают для себя.
Тем не менее, они выживают и даже размножаются.
«Вот почему нам нужно понять основы адаптации к голоданию и то, как эти клетки становятся спящими, чтобы оставаться в живых и избегать смерти», — сказал Ахмад Джомаа, доцент и руководитель группы в Школе медицины Университета Вирджинии и старший соавтор исследования. «Для этого мы сначала используем дрожжи, потому что мы можем гораздо легче ими манипулировать. Помимо этого, мы пытаемся морить голодом и культивируемые раковые клетки, что непросто, чтобы выяснить, как они преодолевают голодание и иногда могут приводить к рецидиву рака».
Понимание принципов этой адаптации может помочь нам найти способы ее преодоления, делая раковые клетки уязвимыми к голоданию и, следовательно, более восприимчивыми к лечению.
Ссылка: «Рибосомы гибернируют на митохондриях во время клеточного стресса» Оливье Гемина, Мацея Глюка, Хигора Розы, Майкла Перди, Морица Ниманна, Елены Песковой, Симоны Маттеи и Ахмада Джомаа, 8 октября 2024 г., Nature Communications .
DOI: 10.1038/s41467-024-52911-4
Исследование финансировалось Программой ученых Сирла, Американским онкологическим обществом, Университетом Вирджинии и Европейской лабораторией молекулярной биологии.
Для того, чтобы быть в курсе новостей в сфере науки, подписывайтесь на наш Telegram-канал.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
