„Wissenschaft“ - Badanie: Proteiny przemieszczają się do miejsca docelowego w komórkach – naukowcy odkrywają nową drogę transportu

Profesor Johannes Herrmann i jego doktorantka Katja Hansen badają transport białek do mitochondriów. (Zdjęcie: AG Herrmann)

Obraz z mikroskopu przedstawia mitochondria, które są również znane jako elektrownie komórek. (Zdjęcie: AG Herrmann)

Proteiny są ważnymi elementami budulcowymi komórek i ich składników, na przykład mitochondriów, które są elektrowniami komórek. Naukowcy z Kaiserslautern pod kierunkiem profesora dr. Johannes Herrmanna po raz pierwszy wykazali, że proteiny nie przemieszczają się bezpośrednio z miejsca ich powstania do elektrowni komórkowych, jak się wcześniej przypuszczało, lecz przez obejście. „Surfują” one, można powiedzieć, po retikulum endoplazmatycznym, kolejnym składniku komórki, do nich. W renomowanym czasopiśmie naukowym Science naukowcy przedstawiają teraz ten mechanizm. Przypuszczają, że w ten sposób komórki zapobiegają tworzeniu się skupisk białek. Mechanizm ten mógłby odgrywać rolę w chorobach takich jak Alzheimer i Parkinson.

W nauce długo obowiązywało założenie, że proteiny po ich syntezie w cytozolu, płynie komórkowym, trafiają bezpośrednio do swoich miejsc docelowych, takich jak organelle komórkowe. Do tych małych jednostek funkcjonalnych komórki należą na przykład mitochondria, w których niektóre proteiny wytwarzają energię komórek. Na swojej powierzchni mitochondria mają specjalne receptory. „Rozpoznają nowe proteiny i zapewniają, że specjalne transportery je pochłaniają i przenoszą do wnętrza”, mówi profesor Johannes Herrmann, który kieruje zakładem biologii komórki na TUK i od dawna bada transport białek do mitochondriów. „Ale to, co dzieje się z proteinami wcześniej, do tej pory było zupełnie niejasne.”

Wspólnie z profesor Mayą Schuldiner, wybitną ekspertką w dziedzinie genetyki z renomowanego Instytutu Weizmanna w Rechowot w Izraelu, zespół Herrmanna odkrył, że proteiny najpierw trafiają do retikulum endoplazmatycznego (ER). ER jest również organellum komórkowym i służy jako centrala wysyłkowa. Wysyła różne składniki komórkowe, najczęściej proteiny, tam, gdzie są potrzebne, po ich wyprodukowaniu.

„Zidentyfikowaliśmy tam określone czynniki, które są niezbędne do transportu białek do mitochondriów”, mówi Katja Hansen, doktorantka u Herrmanna i główna autorka obecnego badania. Do tego Hansen najpierw opracowała nową metodę biologii molekularnej. Dzięki tej technice zespół naukowców z Kaiserslauternowi udało się dokładnie przeanalizować ten mechanizm. Nazwali go „ER-Surf”, „ponieważ proteiny podczas tego procesu surfują po powierzchni ER”, wyjaśnia Hansen.

ER służy tu jako rodzaj tymczasowego magazynu. „Wrażliwe nowe proteiny są tutaj wiązane tak długo, aż będą mogły zostać przekazane do mitochondriów”, mówi Herrmann. „Prawdopodobnie zapobiega to tworzeniu się skupisk białek, tzw. agregatów, które są szkodliwe dla komórek i przyczyniają się do wielu chorób.”

Zespół Herrmanna chce teraz zbadać, jak ważny jest ten mechanizm w różnych chorobach i jak można zmniejszyć tworzenie się tych agregatów. „Przede wszystkim choroby neurodegeneracyjne, takie jak Alzheimer i Parkinson, są wywoływane przez takie skupiska białek, które gromadzą się w starzejących się komórkach”, dodaje profesor.

Jeśli naukowcy lepiej zrozumieją te procesy, mogą one w przyszłości posłużyć jako podstawa do terapii, na przykład w celu zapobiegania chorobom starzenia się.

Na ile mechanizm ER-Surf odgrywa również rolę w przypadku białek przemieszczających się do innych miejsc w komórce, muszą pokazać dalsze badania.

Badanie ukazało się w renomowanym czasopiśmie naukowym „Science”: „ER surface retrieval pathway safe-guards the import of mitochondrial membrane proteins in yeast.” Hansen, K.G., Aviram, N., Laborenz, J., Bibi, C., Meyer, M., Spang, A., Schuldiner, M., Herrmann, J.M.