Structura proteică ce stabilizează invaginațiile membranei celulare, descoperită de cercetători
Membranele celulare îndeplinesc multiple funcții esențiale: asigură protecție mecanică și controlează cu precizie schimbul de substanțe dintre celulă și mediul extern. Atunci când aceste procese sunt perturbate, pot apărea boli. Structura membranei este complexă, iar membrana celulară externă prezintă frecvent invaginații în formă de sticlă, numite caveole.
Caveolele protejează celulele vaselor de sânge, expuse frecvent la forțe mecanice puternice, și funcționează ca centre de semnalizare implicate în reglarea tensiunii arteriale. De asemenea, celulele absorb nutrienți, în special acizi grași, prin intermediul caveolelor.
Cercetătorii au descoperit acum modul în care caveolele, prezente în aproape toate celulele corpului, sunt stabilizate la nivelul membranei celulare externe. „Un lanț de molecule proteice se înfășoară în jurul gâtului acestor structuri în formă de sticlă pentru a le susține”, explică dr. Oliver Daumke, coordonatorul laboratorului de biologie structurală a proceselor asociate membranei.
Împreună cu dr. Misha Kudryashev, coordonatorul laboratorului de biologie structurală in situ, echipa a elucidat structura acestui lanț proteic. Daumke demonstrase anterior că, în absența proteinei EHD2 — din care este compus lanțul —, caveolele nu sunt ancorate sigur în membrana celulară.
Autorii speră că noul studiu ar putea contribui, de exemplu, la reglarea absorbției de grăsimi de către celule și, astfel, la un tratament mai bun al tulburărilor metabolismului lipidic. Lucrarea a fost publicată în Nature Communications.
Majoritatea experimentelor au fost realizate de primul autor, dr. Elena Vázquez-Sarandeses, fostă doctorandă în laboratorul lui Daumke, și de dr. Vasilii Mikirtumov, fost doctorand în laboratorul lui Kudryashev.
Un lanț cu numeroase verigi
Echipa lui Kudryashev a dezvoltat noi metode de crio-microscopie electronică, care le-au permis să determine modul în care două molecule ale proteinei EHD2 se combină pentru a forma un dimer, creând astfel verigile individuale ale lanțului.
„Anumite părți ale acestor verigi EHD2 se atașează apoi unele de altele, formând un lanț”, explică Vázquez-Sarandeses. „Am putut observa cum acest lanț se înfășura în jurul structurilor membranare tubulare folosite în experimentele noastre.”
EHD2 este o proteină compusă din 540 de aminoacizi. După cum au descoperit cercetătorii, primii 19 aminoacizi acționează ca un distanțier. Aceștia asigură că un singur lanț se înfășoară în jurul gâtului caveolei.
„Fără acest distanțier, mai multe lanțuri se aliniază unul lângă altul, determinând caveolele să își piardă forma și funcția tipică”, afirmă Daumke.
În absența unor lanțuri EHD2 funcționale, aceste structuri devin tot mai înguste și mai lungi și, în cele din urmă, se detașează de membrana celulară.
„Acest studiu a fost foarte dificil din punct de vedere tehnic. Dar ne ajută să înțelegem cum proteinele se combină pentru a îndeplini o sarcină specifică în interiorul celulei — cu alte cuvinte, cum funcțiile moleculare devin funcții celulare”, adaugă Daumke. Acesta este un obiectiv central al cercetării Helmholtz.
Esențiale pentru mușchi, inimă și vasele de sânge
În continuare, oamenii de știință vor încerca să vizualizeze lanțurile EHD2 în celule vii, exact la nivelul gâtului unei caveole.
„Dacă reușim, vom examina și lanțurile proteice în celule cu funcție modificată a caveolelor. Atunci am putea înțelege mai bine bolile care rezultă”, spune Daumke.
Există multe astfel de afecțiuni: pe lângă tulburările metabolismului lipidic, caveolele defectuoase pot cauza boli ale mușchilor, vaselor de sânge, inimii, plămânilor și rinichilor.
„Fără aceste invaginații, celulele pot rezista mai puțin la stresul mecanic. De asemenea, pot regla mai puțin eficient procesele de semnalizare”, explică Daumke. „De aceea, țesuturile precum mușchii, inima și vasele de sânge — care sunt expuse constant la stres — sunt deosebit de vulnerabile.”
