05.04.2019

Есть контакт! Как общаются между собой органеллы клетки

В 90-х годах ХХ века канадский клеточный биолог Джин Вэнс, отделяя митохондрии – энергетические центры клеток, обнаружила, что помимо них в образце ткани было что-то еще, чего точно не должно было там быть. После очистки образца она поняла, что к митохондриям прилипли маленькие кусочки эндоплазматического ретикулума (ЭПР) – крупной органеллы, роль которой состоит в транспортировке белков и липидов.

Органеллы – это постоянные компоненты клетки, выполняющие определенные функции. Если представить клетку как целостный организм, то ее органеллы будут в нем органами.

Изучая образец детальнее, Вэнс поняла, что кусочки ЭПР прилипли не просто так: они связаны между собой по какой-то причине. В более позднем исследовании было обнаружено, что места соединения митохондрий и ЭПР были точками синтеза липидов, своеобразными порталами для переноса образованных жиров. Это же открытие помогло понять, как именно митохондрии получают определенные липиды, а именно – посредством ЭПР.

И хотя первоначально многие биологи отнеслись к открытию Вэнс скептически, тем не менее, это изменило понимание ученых о том, как клетки функционируют между собой. Теперь исследователи признают, что органеллы постоянно взаимодействуют друг с другом – словно общаются. Выяснилось, что они неизменно образуют связи одна с другой с помощью специальных соединений. Это нужно для обмена липидами, ионами и пр. Если же повредить эти связи, то возникшая клеточная дисфункция может привести к различным болезням, включая рак, диабет, болезнь Альцгеймера и другие расстройства.

Первый контакт

Первые признаки контакта между органеллами, которые зарегистрировали ученые, появились примерно за 40 лет до открытия Д. Вэнс. Еще в 1950-х годах французские микробиологи сделали снимки митохондрий, имеющих тесные связи с ЭПР. Однако подобное рассматривалось скорее как исключение из правил, аномалия среди клеток. В это же время ученые научились точно определять белки, называемые тетрами, которые образуют точки контакта между органеллами.

В 2009 году команда ученых определила группу из четырех белков, образующих связи между ЭПР и митохондриями в клетках дрожжей. При удалении любого из этих белков вся тетра разваливалась, что приводило к дефектам в обмене жиров и замедлению роста клеток.


Эндоплазматический ретикулум (желтый) – процесс обмена между органеллами.

Связанные вместе

Помимо белков, связывающих воедино две разные органеллы, существуют также определенные белки-тросики, которые связывают и удерживают две органеллы вместе, но при этом удаление одного из них не приводит к разрушению всей структуры.

Скотт Эмр, биолог из Корнуэльского университета (Нью-Йорк) изучал места контакта между ЭПР и плазматической мембраной. Он обнаружил 6 связывающих компонентов, каждый из которых удерживал другой. Разрушить всю конструкцию можно было, только удалив все шесть белков сразу.

Также изначально думали, что все взаимодействия между органеллами клетки связаны с эндоплазматическим ретикулумом. Однако вскоре ученые поняли, что клетки вполне могут находить другие каналы и перенаправлять по ним транспортировку веществ, если обычным образом, через ЭПР это сделать невозможно. Оказалось, что липиды могут перемещаться не только через ЭПР, но и через вакуоль – органеллу, в которой хранятся различные питательные вещества.

Позднее были обнаружены еще более сложные механизмы связей – найдена зона суперконтакта, имеющая 2 тетры и 3 органеллы: ЭПР, митохондрию и плазматическую мембрану.

Функция соединения

Взаимодействие органелл обязательно должно иметь какие-то дополнительные функции. Так, выяснилось, что одной из функций была передача определенного вещества в виде груза: например, точки взаимодействия служат для передачи крупных органических молекул – холестерина, маслянистых восков и других молекул жиров, которые из-за своей структуры и большой молекулярной массы могли бы закупорить клетку.

Это также объяснило процесс разделения органелл с образованием эндосом, которые помогают сортировать и доставлять молекулярный груз.


Митохондрия (красная) появляется рядом с эндоплазматическим ретикулумом, белком и жирообразующей органеллой (показано в нижней части изображения).

Еще одна функция соединения органелл связана с лечением диабета ІІ типа. Белок, участвующий в секреции инсулина, связывает ЭПР и плазматическую мембрану в клетках поджелудочной железы крысы. Этот белок направляет прохождение ионов кальция и липидов между органеллами, запуская выброс инсулина, необходимый, чтобы поддерживать сахар в крови на нужном уровне.

Плохие танцоры

Ученые часто сравнивают коммуникацию между ЭПР и митохондриями с танцем фламенко. Как и танцоры, органеллы соединяются и разъединяются, затем снова соприкасаются и вновь разделяются. При этом одинаково плохо, если связь получается чрезмерной или недостаточной. Так, чрезмерная связь между ЭПР и митохондриями в клетках печени мыши связана с резистентностью к инсулину, диабету и ожирению. Получается, что такие отношения между митохондриями и ЭПР являются для клетки метаболическим стрессом.

Еще один контакт, связанный с болезнью Альцгеймера, напрямую связан с наличием белка бета-амилоида. Белок-предшественник бета-амилоида накапливается на поверхности ЭПР в пораженных клетках, затем соединяется с близлежащими митохондриями, что приводит к выбросу холестерина и формированию бляшек.  

Найденные связи могут быть полезными в том смысле, что помогут создать алгоритм поиска по анализу крови субклеточных признаков болезни Альцгеймера у здоровых людей.

Понимание способов коммуникации между органеллами стало настоящей революцией в клеточной биологии. Живая клетка устроена намного сложнее, чем кажется на первый взгляд, и каждая часть ее живет не изолированно, как было принято считать, а динамично связана с другими частями клетки.

Подробнее

Мнение специалиста

Будьте в курсе последних новостей нашего сайта!

Читают также

Случайная статья

Какой напиток убивает наш организм
Сладкая газированная вода, по мнению ученых, негативно влияя на работу сердца, является медленным убийцей организма. Доказано, что двух банок газировки в неделю достаточно, чтобы в ближайшем будущем с ...
[ читать далее ]
Загрузка...
Load next
Facebook Twitter Telegram