Специалисты из Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН провели исследование генов, контролирующих функционирование кальциевых каналов у Ogataea parapolymorpha – вида дрожжей, имеющего значение для промышленности. В ходе работы биотехнологам удалось установить, какие белки отвечают за повышение способности клеток дрожжей поглощать ионы кальция при воздействии амиодарона, лекарственного средства, используемого для лечения аритмий. Итоги данной работы опубликованы на страницах International Journal of Molecular Sciences. Проект реализуется в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий.
Амиодарон применяют как для купирования острых аритмических состояний, представляющих опасность для жизни, так и для лечения различных форм хронической аритмии. Его воздействие на организм обусловлено взаимодействием с каналами, отвечающими за перенос ионов калия, натрия и кальция в клетках сердечной мышцы. Для многих грибов амиодарон вызывает поступление ионов кальция в цитоплазму, то есть в полужидкое содержимое клетки. Это приводит к прекращению деления клетки и может привести к ее гибели. Специалисты из Федерального исследовательского центра биотехнологии РАН изучили влияние препарата на кальциевые каналы клеток дрожжей Ogataea parapolymorpha и выяснили, от каких механизмов и генов зависит токсичность этого препарата.
«Ogataea parapolymorpha — это многообещающий модельный организм, способный развиваться при температуре до 49˚С. При этом, для проведения молекулярно-генетических исследований наиболее востребованы и удобны обычные пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae, по результатам оценки производительности при создании различных рекомбинантных белков, они не демонстрируют такой же эффективности, как представители данного рода Ogataea. По мере углубления наших знаний о функционировании клеток дрожжей, расширяются возможности для разработки более продуктивных штаммов, пригодных для применения в промышленных биотехнологиях» , — по словам Михаила Агафонова, доктора биологических наук и руководителя группы геномного редактирования промышленных микроорганизмов в ФИЦ Биотехнологии РАН, об этом свидетельствуют результаты исследования.
У эукариот, к клеткам которых присуще наличие ядра, ионы кальция выполняют роль связующего звена между воздействием на клеточную мембрану и реакцией на него. Они контролируют работу различных белков, способствуют выделению клетками гормонов и нейромедиаторов, а также воздействуют на электрический потенциал мембраны, обеспечивающий сокращение мышц и передачу сигналов нейронами. Ионы кальция из цитоплазмы клетки транспортируются внутрь органелл – функциональных структур клетки – с помощью постоянно функционирующих насосов и каналов в мембране. У дрожжей Ca 2+ накапливается в вакуолях (клеточных пузырьках), куда его закачивают белки-насосы Pmc1 и Vcx1.
Дрожжевые клетки используют два механизма для усвоения кальция: систему LACS, характеризующуюся низким сродством к рецептору, и HACS – систему с высоким сродством к рецептору. В отношении первого пути известен лишь один белок, участвующий в процессе, функция которого пока не определена. Белки Cch1 и Mid1 обеспечивают функционирование второго пути; они структурно схожи с белками, отвечающими за работу кальциевых и натриевых каналов у млекопитающих.
Биотехнологи исследовали работу Cch1 и Mid1 у штамма Ogataea parapolymorpha с флуоресцентным индикатором, который меняет цвет своего свечения, когда связывается с ионами кальция. Оказалось, что в отсутствие любого из этих белков амиодарон медленнее повышал концентрацию кальция во внутренней среде клетки. А если ученые генетическими методами «выключали» белок Pmc1, который закачивает Ca 2+ в пузырьки-вакуоли, клетки Ogataea parapolymorpha не могли убрать «лишние» ионы кальция из цитоплазмы в запас. Дрожжи с такой поломкой становились очень чувствительными к токсическому эффекту препарата. Это означает , что белки Cch1 и Mid1 — не основной путь для поглощения кальция клеткой, однако они регулируют этот процесс.
«Нам удалось установить, что подавление активности генов, ответственных за синтез белков Cch1 и Midоба вещества, амиодарон и додецилсульфат натрия, оказывают схожее воздействие на концентрацию ионов кальция в цитоплазме, особенно в условиях отсутствия компонентов системы HACS подавляется только начальная стадия поглощения ионов кальция, которое вызывает амиодарон. Этот результат отличается от данных, полученных в исследованиях дрожжей Saccharomyces cerevisiae», — заключил Михаил Агафонов.
Пресс-служба ФИЦ Биотехнологии РАН предоставила информацию и фотографии