Таинственная органелла • Екатерина Грачева • Научная картинка дня на «Элементах» • Цитология, Молекулярная биология

Перед вами модель одной из самых загадочных клеточных структур — органеллы под названием vault, — визуализированная с помощью программы Jmol. Один из научных обзоров, посвященных vault, называется «Vault — это ответ, но в чем же вопрос?» (Vaults are the answer, what is the question?). И вопрос до сих пор не задан. Несмотря на то что эти органеллы были обнаружены 35 лет назад, ученые до сих пор не знают, зачем они нужны. О них редко пишут в университетских учебниках, а в русском языке до сих пор нет адекватной замены английскому термину vault, который переводится как «свод», «хранилище» или «сокровищница». Что же содержится в этой сокровищнице?

Vault — это цитоплазматический рибонуклеопротеин, то есть структура, состоящая из белков и РНК, в основном встречающаяся в цитоплазме (другой, гораздо более известный рибонуклеопротеин — рибосома, которая также состоит из белков и РНК). Vault состоит из двух одинаковых сводчатых структур, соединяющихся между собой. Каждая половина собрана из 39 молекул белка MVP (Major vault protein; одна из них выделена на визуалиции белым цветом). Разные домены этого белка образуют тело, плечо и шапочку, а две половины соединяются между собой, образуя «талию» органеллы. Интересно, что для сборки такой структуры необходимо лишь присутствие ионов кальция, всё остальное делают белки MVP.

MVP — не единственный белок в этой структуре. Несмотря на то что vault внутри почти пуста, она содержит два типа белков с совершенно разными функциями. Поли(ADP-рибоза)-полимераза (vPARP или PARP4) модифицирует MVP, присоединяя к нему остатки поли-АДФ-рибозы. Эта модификация, вероятно, позволяет структуре быть более устойчивой. Другой белок — TEP1 — способен связываться с теломерами хромосом (но не необходим для их работы) и MVP. Его вероятная функция — связывание РНК vault (vault RNA), молекулы которой составляют всего 5% органеллы. В геноме человека есть четыре гена, кодирующие эту РНК, однако описаны только три таких РНК, а преобладает vault РНК1. Интересно, что только небольшое количество всех vault РНК напрямую можно найти в органелле. В отличие от рибосомальной РНК, РНК в vault не нужна для поддержания ее структуры. Также она не кодирует никаких белков. Но это только увеличивает диапазон потенциальных функций vault, так как некодирующие РНК участвуют в регуляции огромного количества процессов в клетке: от экспрессии генов до исправления повреждений в ДНК.

Какие же могуь быть функции у этой органеллы?

Впервые vault выделили из клеток печени крыс в 1986 году. Выделили их случайно, работая над очисткой клеточных везикул (пузырьков), которые участвуют в транспорте различных веществ в клетке. Однако vault оказались всего лишь загрязнением в образцах пузырьков и не имели ничего общего с ними.

Одна из первых гипотез, которую предложили ученые, — что vault участвует в транспорте чего-либо. Эта гипотеза возникла из-за формы органеллы: две половинки, образующие полую структуру, вполне могут что-нибудь переносить. Vault имеет структуру, чем-то напоминающую комплекс ядерной поры, через которую молекулы поступают внутрь ядра и из него. Теоретически, vault можно вставить в ядерную пору. Диаметр первой — 26–35 нм в зависимости от метода получения измерений, диаметр второй — 30–35 нм.

Vault чаще всего можно обнаружить в цитоплазме, но часть частиц действительно взаимодействует с ядерными порами. Более того, в раковых клетках vault обнаруживается и в ядре. В пользу этой гипотезы также свидетельствует то, что как белки vault, так и ее РНК могут связываться с белками, которым после образования в цитоплазме надо попасть в ядро. Однако исследователи по-прежнему не уверены в этой функции vault. Одна из причин — недостаток методик. Самый распространенный способ изучить взаимодействие белков — выудить их из клетки (или в данном случае — выделить vault) и изучить все белки-соседи (этот метод называется иммунопреципитацией белков). Однако часто выделяются и белки, которые взаимодействуют случайно, и это взаимодействие не имеет никакого значения.

Поведение vault в раковых клетках заставляет задуматься, не играют ли эти органеллы какую-либо роль в онкологических процессах. У пациентов с устойчивыми к терапии опухолями увеличивается число vault в клетках. Один из способов развития устойчивости — выведение препаратов из ядра, где, по идее, они должны действовать. В действительности если клетки человеческих опухолей, лишенные vault, обработать препаратами для химиотерапии (например, доксорубицином), то клетки снижают это выведение, а препарат остается в ядре. Скорее всего, с препаратами связываются не белковые молекулы органеллы, а РНК, которые работают как губка и не дают препарату действовать. В устойчивых к химиотерапии опухолевых клетках действительно увеличивается число копий vault РНК3. Однако всё не так просто. Такой эффект, по-видимому, проявляется только у человека, так как мыши, лишенные белка MVP и, следовательно, существующие без vault, вовсе не имели повышенной чувствительности к химиотерапии.

Тем не менее vault и связанные с ней РНК могут влиять на процессы, которые участвуют в росте и развитии раковых клеток. Во-первых, vault РНК1 связывается с белком PTEN, который необходим для поддержания целостности генома в раковых клетках при химиотерапии. В клетках рака молочной железы vault РНК1 взаимодействует с белком PSF — одним из многочисленных регуляторов транскрипции РНК и репликации ДНК. Это связывание приводит к тому, что клетки начинают больше делиться. Vault РНК2 может взаимодействовать с ферментом PKR, подавляя его активность в нормальных клетках. В раковых клетках vault РНК2 больше, чем в обычных, поэтому PKR активирован, а это увеличивает выживаемость клеток за счет подавления их апоптоза.

Хотя механизмы участия vault в росте и развитии опухолей еще непонятны, уровень экспрессии ее компонентов можно использовать в качестве фактора прогноза. Например, повышенный уровень белка MVP коррелирует с устойчивостью к терапии и общей выживаемостью у пациентов с раком кроветворной системы. А в случае рака мочевого пузыря и меланомы чем выше его уровень, тем устойчивей опухоль к химиотерапии.

Vault, по-видимому, участвует и в ответе клеток на вторжение вирусов. Уровень vault РНК увеличивается при заражении клетки различными вирусами. На клетки это оказывает разное влияние: в случае инфекции вирусом Эпштейна — Барр vault РНК защищает клетки от апоптоза, в случае заражения вирусом гриппа А — помогает репликации вируса. В конечном счете это приводит к увеличению вирусной нагрузки и развитию инфекции.

Изучение vault в различных организмах, вероятно, поможет ответить на вопрос «Для чего нужны эти органеллы?», раз они встречаются у млекопитающих, амфибий, птиц и даже слизевиков. Однако и здесь эти органеллы удивляют исследователей, ведь у таких распространенных модельных организмов, как нематоды Caenorhabditis elegans, дрозофилы и пекарские дрожжи, они отсутствуют.

Тем не менее, пока функция vault не выяснена, ей можно придумать новые. Природная капсула из двух половинок идеально подходит для доставки каких-то веществ. Именно с такой задумкой один из первооткрывателей vault — профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе Леонард Роум (Leonard Rome) — работает с компанией Vault Pharma. Эта компания занимается разработкой модифицированных vault для лечения онкологических и инфекционных заболеваний. Интересно, что произойдет быстрее: будут описаны точные функции этой органеллы или будут создана терапия на их основе?

Модель vault (PDB entry 4V60), представленная на сайте Protein Database. Модель впервые опубликована в статье H. Tanaka et al., 2009. The Structure of Rat Liver Vault at 3.5 Angstrom Resolution.

Екатерина Грачева

от mejor meta

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *