Исследователи из Института молекулярной биологии имени В.А. Энгельгардта РАН в сотрудничестве с коллегами из Института биоорганической химии имени ак. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН выявили новый механизм, посредством которого клетки взаимодействуют друг с другом. Они продемонстрировали, что между клетками способны передаваться неконститутивные протеасомы — сложные белковые структуры, выполняющие важную роль в регулировании иммунной системы и адаптации к неблагоприятным факторам. Для изучения этого процесса авторы работы применили методы генетической модификации, пометив протеасомы флуоресцентным маркером. Полученные результаты в перспективе могут найти применение в онкологических и иммунологических исследованиях.
В ходе исследования применялись генетически измененные раковые клетки человека, синтезирующие иммунный компонент протеасомного комплекса β5i с флуоресцентной «меткой». Пронаблюдав за «мечеными» протеасомами, исследователи обнаружили, что те упаковываются во внеклеточные везикулы и транспортируются в клетки-реципиенты. При этом каталитическая активность передаваемых комплексов сохраняется.
Ученым также удалось установить, что стимуляция цитокином IFN-γ (при воздействии интерферона-гамма наблюдается увеличение включения иммунных протеасом в состав везикул. Также исследования выявили, что везикулы способствуют повышению устойчивости клеток к подавлению протеасом.
Проведенное исследование расширило представления о роли внеклеточных везикул в поддержании баланса белков в клетке. Полученные данные могут способствовать углублению знаний об иммунных реакциях и о том, как клетки опухолей приобретают устойчивость к лекарственным препаратам. Результаты работы были опубликованы в высокоуровневом международном научном издании International Journal of Molecular Sciences.
Для исследователей обнаружение передачи неконститутивных протеасом между клетками посредством везикул не стало неожиданностью, а скорее подтвердило выдвинутую гипотезу. Ключевым аспектом работы стало применение генетически модифицированных клеток, что предоставило уникальную возможность для изучения данного процесса. Об этом отметил главный научный сотрудник ИМБ РАН и член-корреспондент РАН Дмитрий Владимирович Купраш.
«Наличие иммунопротеасом, в том числе участвующих в иммунном ответе и адаптации к стрессовым факторам, в составе внеклеточных везикул не вызывает удивления. Однако, как отметил, уникальность этой работы заключается в том, что авторы разработали специальный инструмент, основанный на геномном редактировании Д.В. Купраш корреспонденту «Научной России». — Они получили целую серию клеточных культур, в которых к гену, кодирующему интересующий их белок, был присоединен ген флуоресцентного белка. Такая модификация дает возможность при помощи флуоресцентной микроскопии следить за судьбой таких белков и комплексов, в состав которых они входят. Это довольно трудоемкая работа, потребовавшая усилий и времени. Один из авторов статьи — Алексей Владимирович Морозов — ключевой исследователь, занимающийся развитием этой темы.
Для дальнейшего изучения полученные клетки потребовали дополнительных исследований – результаты этих работ ранее были опубликованы в статьях. Было установлено, что флуоресцентный белок, применяемый коллективом и являющийся достаточно крупной структурой, не оказывает влияния на работу протеасомы. Таким образом, авторы предложили тщательно изученный и уникальный инструмент, аналогов которому нет. С его помощью была проведена серия экспериментов, продемонстрировавших, что особые протеасомы, как и предполагалось, перемещаются между клетками, и это перемещение зависит от воздействия иммунных стимулов (добавление цитокина интерферона-гамма, имитирующего воспаление), а также от того, что протеасомы сохраняют функциональную активность при передаче и воздействуют на состояние клеток, которые их поглощают».
Д.В. Купраш отметил, что до практического применения результатов в медицине или включения новых наблюдений в учебники предстоит еще немало работы. Нужно понять, как этот процесс происходит в реальном организме, насколько он значим и можно ли сделать участвующие в нем молекулы мишенью для внешнего воздействия — например, лекарств против рака.
«Благодаря подобным исследованиям, основанным на надёжных принципах, возможно более целенаправленно организовать дальнейшие научные изыскания: становится ясно, какие белки присутствуют или отсутствуют, какие результаты можно ожидать в ходе процесса и какие методы анализа целесообразно использовать в конкретной ситуации, — заключил он Дмитрий Владимирович Купраш. — Опубликованная статья является важным этапом в работе, которую ведут мои коллеги, и я поздравляю их с результатами их труда».
Материал создан при содействии Российской академии наук