Для функционирования и поддержания здоровья каждой клетке необходимы белки. Они синтезируются внутри клетки из аминокислот, но не могут накапливаться там бесконечно. Как только они выполняют свою функцию или повреждаются, клетке нужно их вывести. «Удаление белков» происходит путем их расщепления и перерабатывания. Этот непрерывный и жизненно важный процесс синтеза и удаления белков требует энергии и координации, клетка должна постоянно поддерживать баланс между этими процессами.
Когда ресурсы, такие как аминокислоты, или способность клетки синтезировать белки, меняются — например, после еды, во время стресса или при приёме определённых лекарств, — этот баланс может нарушиться. Тем не менее клеткам по-прежнему необходимо поддерживать общий уровень белка в безопасном диапазоне.
В связи с этим возникает вопрос: как клетки регулируют выведение белка при изменении его выработки? «Клетки постоянно испытывают колебания в ресурсах, необходимых для синтеза белка, — говорит профессор Дэвид Сутер из Школы естественных наук Федеральной политехнической школы Лозанны. — Если скорость синтеза белка снизится на 50%, наши клетки уменьшатся в размере на 50%, если только не замедлится скорость выведения белка».
Сутер и его команда выяснили, как клетки млекопитающих координируют выработку и выведение белков. «Мы обнаружили универсальное свойство клеток млекопитающих: способность частично регулировать скорость выведения белков в зависимости от изменений в скорости синтеза белков, в основном с помощью механизма, который мы называем пассивной адаптацией». Исследование опубликовано в Cell Systems.
Чтобы изучить, как клетки реагируют на изменения в выработке белка, исследователи использовали флуоресцентный белок, который со временем меняет цвет. Это позволило отследить, как быстро в живых клетках образуются новые белки и удаляются старые.
Проанализировав изменения цвета, команда измерила два процесса: активное расщепление белка и разбавление белков по мере роста и деления клеток. Затем ученые сравнили эти измерения с математической моделью, которая предсказывала, что при замедлении выработки белка клетка также производит меньше компонентов для его расщепления, что, в свою очередь, замедляет выведение белка.
Во всех протестированных условиях данные соответствовали модели: когда синтез белка снижался, его выведение замедлялось ровно настолько, чтобы частично компенсировать снижение. Это то, что учёные называют «пассивной адаптацией» — процессом, который помогает поддерживать безопасный уровень белка, несмотря на колебания в ресурсах.
Такое же поведение наблюдалось в клетках, не подвергавшихся воздействию внешних факторов, что свидетельствует о том, что это естественная стратегия.
Когда команда исследовала эмбриональные стволовые клетки мышей, она обнаружила дополнительный уровень защиты. При снижении синтеза белка эти клетки активировали сигнальный путь mTOR, реагирующий на уровень питательных веществ. Эта реакция увеличивала способность клеток к синтезу белка и ещё больше снижала его распад, позволяя клеткам поддерживать практически идеальный уровень белка. «Даже если скорость синтеза белка снижается на 50 %, его уровень остаётся практически неизменным», — говорит Сутер.
Он добавляет, что такая устойчивость важна для эмбрионов: «Это может быть необходимо для клеток, которые являются частью преимплантационного эмбриона и находятся в суровых условиях без кровоснабжения и с ограниченным количеством питательных веществ. Это также поможет объяснить устойчивость бластоцист (пустых шариков из клеток, которые образуются через 5–6 дней после оплодотворения яйцеклетки) к простым условиям культивирования, которые изначально использовались при ЭКО».
Исследование проясняет, как клетки поддерживают баланс белков при изменении доступности питательных веществ, в процессе развития или при стрессе. Оно также даёт представление о том, как учёные интерпретируют результаты измерения стабильности белков и как ранние эмбриональные клетки сохраняют жизнеспособность.
[Фото: ru.123rf.com]
