У человека практически каждая клетка хранит жир. Однако пациенты с редким заболеванием, называемым врожденной липодистрофией, которое часто диагностируется в детстве, не могут правильно накапливать жир, который накапливается в органах тела и увеличивает риск ранней смерти от болезней сердца или печени. В 2001 году трансмембранный белок сейпин был идентифицирован как молекула, необходимая для правильного накопления жира, хотя его механизм оставался неизвестным.
Международное исследование, опубликованное в журнале Nature Structural & Molecular Biology , является первым, в котором была решена и смоделирована практически вся структура сейпина, выявлено, что он существует в двух конформациях, и указан механизм образования липидных капель , используемых для хранения жира в здоровых клетках.
«Липидные капли (ЛД) были описаны с момента изобретения микроскопов, которые могли видеть внутреннюю часть клеток. В течение примерно столетия было известно, что они хранят липиды или жиры, но считались неактивными. В течение последних 20 лет Было показано, что липидные капли очень динамичны», — сказал Джоэл М. Гудман, доктор философии, профессор фармакологии в Юго-Западном университете штата Техас, заслуженный профессор и один из трех авторов исследования.
Доктор Гудман сыграл ключевую роль в биологии сейпина, обнаружив в 2007 году, что сейпин отвечает за упаковку жира в ЛД и что тот же механизм происходит у животных, растений и грибов. В 2010 году лаборатория Гудмана первой очистила сейпин и сообщила, что он состоит примерно из девяти идентичных субъединиц, напоминающих пончик.
С тех пор ученые всего мира пытались разгадать структуру, что оказалось очень трудным, потому что сейпин проходит через мембрану эндоплазматического ретикулума, органеллы внутри клетки. Это трансмембранное размещение сделало комплекс устойчивым к рентгеновской кристаллографии, давнему золотому стандарту для таких исследований. Мембранные белки, как известно, трудно кристаллизовать, что является требованием для этого метода.
Чтобы решить эту проблему, д-р Гудман обратился к криогенной электронной микроскопии (крио-ЭМ) после обсуждения на научной конференции с бостонским клеточным биологом Тобиасом С. Вальтером, доктором философии. Доктор Вальтер, исследователь Медицинского института Говарда Хьюза, и его коллега Роберт В. Фарезе-младший, доктор медицинских наук, являются другими соответствующими авторами исследования. Они оба работают в Гарвардской медицинской школе, Школе общественного здравоохранения им. Т. Х. Чана, а также в Институте Броуда Массачусетского технологического института и Гарварда. В исследовании использовалась крио-ЭМ установка Гарварда.
Крио-ЭМ использует мгновенно замороженные образцы, электронные лучи и детектор электронов, а не камеру для сбора данных о биологических структурах в масштабе, близком к атомному. Использование крио-ЭМ позволило исследователям определить, что «бублик», который они выдвинули, на самом деле был клеткой из 10 единиц, своего рода инкубатором для создания и выращивания липидных капель. Вторая конформация показала открытие сейпина для высвобождения липидной капли на поверхность эндоплазматического ретикулума. Оказавшись на поверхности, LD сталкиваются с жидкой внутренней частью клетки (цитоплазмой), где проходящие ферменты могут разрушать LD и высвобождать жирные кислоты внутри, чтобы обеспечить энергию, например, во время голодания, сказал доктор Гудман.
«Получение двух конформаций было удивительным, совершенно неожиданным», — сказал доктор Гудман, добавив, что ранее другие исследовательские группы получили частичное решение, показывающее нижний слой комплекса сейпина, содержащегося в трубчатом эндоплазматическом ретикулуме. Две конформации в текущем исследовании решают неуловимую верхнюю часть структуры, которая простирается через мембрану органеллы.
«Крио-ЭМ сделала это возможным», — сказал доктор Гудман. «Мы надеемся, что эта структура поможет связать роль сейпина в создании липидных капель с тем, что идет не так в липодистрофии, а также поможет нам лучше понять формирование липидных капель в целом», — добавил он. «Вероятно, есть несколько других белков, участвующих в создании липидных капель, но сейпин, по-видимому, является основным. Похоже, это машина, которая генерирует липидные капли».
Теги: ожирение
