Белки-долгожители – ключ к пониманию механизмов старения
«Самое слабое звено» стареющего протеома
LifeSciencesToday по материалам Salk Institute:
The 'weakest link' in the aging proteome
Белки – главные действующие лица, выполняющие в клетках обязанности, предусмотренные информацией, закодированной в наших генах. Большинство белков живут всего около двух дней, что гарантирует своевременную замену поврежденных неизбежными химическими модификациями молекул новыми функциональными копиями.
В статье, опубликованной в журнале Cell (Toyama et al., Identification of Long-Lived Proteins Reveals Exceptional Stability of Essential Cellular Structures), группа во главе с учеными из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies) и Исследовательского института Скриппса (Scripps Research Institute, TSRI) сообщает об идентификации в мозге крыс небольшой подгруппы белков, гораздо дольше – больше года – существующих без замены. Идентификация этих белков может иметь большое значение для понимания молекулярных основ старения.
Ядро клетки мозга крысы. Каждое красное пятно – отдельный комплекс ядерной поры, клеточной структуры, находящейся в окружающей ядро мембране, имеющей важнейшее значение для связи между ядром и остальной частью клетки. Ученые из Института Солка занимаются изучением долгоживущих белков, являющихся важными структурными компонентами этих комплексов. (Фото: Brandon Toyama, Waitt Advanced Biophotonics Center)
«Продолжительность существования белка может вносить наиболее значимый вклад в клеточное старение», – считает Мартин Гетцер (Martin Hetzer), профессор лаборатории молекулярной и клеточной биологии Института Солка, наряду с профессором TSRI Джоном Йейтсом (John Yates) старший автор исследования. «Идентификация всех долгоживущих белков позволяет сосредоточить наши исследования на этих специфических молекулах, которые могут быть самым слабым звеном стареющего протеома».
Данная работа – первая всесторонняя и объективная идентификация долгоживущего протеома – всего набора белков, экспрессируемого геномом в данных условиях окружающей среды. В исследовании, опубликованном в прошлом году в журнале Science, профессор Гетцер и его коллеги идентифицировали долгоживущие белки в ядре клетки.
Долгоживущие внутриклеточные белки в последнее время связываются с возрастными дефектами, начиная со снижения репродуктивных способностей и заканчивая снижением функциональности нейронов. Почему долгоживущие белки существуют в метаболически активной клеточной среде и как они сохраняются в течение продолжительных периодов времени, изучено недостаточно. Ученые из Института Солка и TSRI сообщают об общесистемной идентификации белков мозга крыс с исключительной продолжительностью существования. Эти белки неэффективно восполняется, несмотря на надежную трансляцию в течение всей взрослой жизни организма. Используя нуклеопорины как парадигму сохраняемости долгоживущих белков, они установили, что комплексы ядерной поры (NPCs) поддерживаются в течение жизни клетки за счет медленной, но определимой замены даже самых стабильных их подкомплексов. Это сохранение, однако, ограничено, так как в процессе старения уровни некоторых нуклеопоринов снижаются, давая логическое объяснение наблюдающемуся возрастному снижению функции NPC. Идентификация долгоживущего протеома выявляет клеточные компоненты, подвергающиеся повышенному риску накопления повреждений, связывая существование долгоживущих белков с процессом клеточного старения. (Рис. Cell)
Общесистемная идентификация долгоживущих белков в мозге крысы – лабораторной модели биологии человека, – проведенная в новом исследовании, расширяет данные, опубликованные в Science. Ученые установили, что к долгоживущим относятся белки, участвующие в экспрессии генов, коммуникации нейронов и ферментативных процессах, а также компоненты комплекса ядерной поры (nuclear pore complex, NPC), отвечающей за весь транспорт веществ в и из ядра.
Кроме того, они показали, что NPC подвергается медленному, но определимому обновлению путем замены небольших подкомплексов, а не всего комплекса в целом, что, вероятно, помогает избежать накопления поврежденных компонентов.
«Это можно сравнить с поддержанием состояния автомобиля, когда вы меняете не весь автомобиль, а только сломавшиеся части», – комментирует ведущий автор статьи Брэндон Тояма (Brandon Toyama), постдокторант лаборатории профессора Гетцера.
Ранее профессор Гетцер и его коллеги установили, что снижение функции комплекса ядерной поры может представлять собой общий механизм старения, приводящий к возрастным дефектам в функции ядра. Другие лаборатории связали белковый гомеостаз, или внутреннюю стабильность, со снижением функции клеток и, таким образом, с развитием болезней. Новые открытия указывают на клеточные компоненты, подвергающиеся повышенному риску накопления повреждений, связывая большую продолжительность существования белка с процессом клеточного старения.
«Теперь, когда мы определили эти долгоживущие белки, можно начать изучение механизма их повреждения при старении и того, что делает клетка, чтобы компенсировать неизбежные повреждения», – добавляет Тояма.
В настоящее время группа профессора Гетцера занимается определением мишеней, вовлеченных в процесс старения, и потенциальных путей решения этой проблемы. «Мы начинаем думать о том, как вернуть белку функциональность его более молодой версии», – заключает ученый.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
11.09.2013