Как дрожжи защищают новорождённые клетки от преждевременного старения

У дрожжей нет специального механизма, защищающего дочерние клетки от молекулярного мусора материнских: новые клетки появляются на свет без возрастных признаков их родителей благодаря общим физическим законам, управляющим диффузией.

Дрожжи представляют собой наиболее простую и удобную систему для изучения процессов старения у эукариотических организмов. И хотя это одноклеточные, они живут вполне определённое время, которое определяется числом дочерних клеток, могущих отпочковаться от материнской. Но при почковании, что важно, дочерние клетки не наследуют возраст предка: их часы начинают идти с нулевой отметки.

Исследователи давно заметили, что материнские клетки дрожжей защищают дочерние от молекулярного мусора, который накапливается в материнской клетке с возрастом. Белковые молекулы, вышедшие из строя вследствие окислительного стресса или по другим причинам, и утратившие функциональную пространственную структуру, теряют способность растворяться в воде, собираются вместе и образуют внутри клетки нечто вроде молекулярных свалок. При этом в дочерних, отпочковывающихся клетках таких мусорных свалок нет: они остаются на территории материнской клетки.

Раньше думали, что испорченные белки транспортируются из дочерней клетки в материнскую по цитоскелетным «рельсам» из белка актина. Исследователи из Медицинского института Стауэрса (США) пришли к выводу, что всё гораздо проще: вышедшие из строя белки в дочерних клетках ремонтируются и возвращаются к работе, а мусор из материнской клетки не может попасть в дочернюю из чисто физических соображений.

Исследователи проследили за одним из белков-шаперонов, Hsp104p. Работа шаперонов заключается в том, чтобы возвращать сломанным белковым молекулам правильную пространственную конфигурацию. Шапероны действуют как раз в месте мусорных свалок, приводя белки в чувство и возвращая их в растворимое состояние. Учёные снабдили белок-шаперон флуоресцентной меткой и сняли трёхмерное видео, фиксирующее все его перемещения: куда двигались вышедшие из строя белки, туда перемещался и шаперон.

Исследователи стимулировали образование молекулярного мусора с помощью повышения температуры: тепловой шок нарушал пространственную структуру белков в дочерних и материнских клетках. Но оказалось, что никакого перемещения отходов между дочерней и материнской клетками нет. Шапероны с территории дочерней клетки продолжали работать там же, приводя белки в норму, и в материнскую клетку не проникали. Скопления молекулярного мусора не были прикреплены к одному месту, но их перемещения носили беспорядочный, случайный характер. Когда в шаперон внесли мутацию, которая не влияла на его способность связываться с «больными» белками, но запрещала ему их исправлять, то и в материнской, и в дочерней клетках скапливался белковый мусор.

Таким образом, как пишут авторы в журнале Cell, материнская клетка никак специально не перетягивает к себе молекулярный мусор из дочерней. Почему же последняя остаётся без отягчающего молекулярно-белкового наследства? Исследователи объясняют это тем, что простой диффузии недостаточно, чтобы мусорные агрегаты попали из дочерней клетки в материнскую. Во-первых, эти диффузные перемещения ненаправленны и случайны, а во-вторых, клетки соединены довольно узкой перемычкой, что ещё более уменьшает вероятность «загрязнения» дочерней клетки. Ну и нельзя сбрасывать со счётов, что механизмы ремонта белков в молодой клетке работают лучше, чем в старой.

В общем, можно сказать, что «новорождённые» дрожжевые клетки появляются на свет без возрастных признаков их родителей благодаря судьбе и физическим законам, а не вследствие работы каких-то специальных биологических механизмов.

Подготовлено по материалам Медицинского института Стауэрса.