Модель для сборки: выглядит, работает и синтезирует, как нейрон

Исследователи из Penn State (США) разработали метод культивирования искусственных нейронов для изучения ферментов, вовлеченных в процесс синтеза пуринов. Результаты работы были опубликованы в декабре 2017 в Journal of Virology и в январе 2018 в Journal of Neurochemistry.

Нейрон-подобные клетки, экспрессирующие фермент FGAMS (помечены красными метками). Этот фермент является ключевым элементом пуриносомы — структуры, отвечающий за синтез пуринов.
Credits: Colleen Mangold, Penn State.

Команда исследователей под руководством ученых из Penn State использовала нейрон-подобные клетки для описания свойств ключевого фермента молекулярной структуры, синтезирующей пурины — белка FGAMS — а также изменений в его работе при заражении клеток вирусом простого герпеса первого типа (ВПГ1). Работа интересна и важна тем, что пурины вовлечены в большое количество биохимических процессов, а также входят в состав ДНК и являются нейротрансмиттерами. Изучение возможных нарушений процесса их синтеза даст новую информацию о системном влиянии некоторых вирусных инфекций на организм.

«Нейрон-подобные клетки позволили нам изучить синтез пуринов в контексте определенного типа клеток человека, что было интересной новой задачей, — комментирует Морайа Сэпара [Moriah Szpara], доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии Университета штата Пенсильвания, — мы выбрали нервную ткань, так как большинство процессов в ней являются энергозатратными по умолчанию. Нам было интересно посмотреть, как клетки справляются с этим, и как повлияет на метаболизм появление ВПГ1, имеющего свойство селиться в нейронах и использовать ресурсы клеток в своих целях, создавая дополнительную нагрузку.»

Дефицит пуринов запускает в клетке процесс формирования молекулярной машины для их синтеза — пуриносомы. Ключевым элементом этого комплекса ферментов является белок FGAMS — фосфорибозил формилглицинамидин синтаза. Ученые измерили уровень FGAMS в срезах мозга и отдельных нейронах мышей, фибробластах человека (линии MRC5) и особым образом культивированных нейрон-подобных клетках, использование которых стало прорывом в области моделирования нервной ткани человека.

Данные о нормальной работе FGAMS в культуре таких клеток и в нейронах из срезов мозга грызунов отразили одни и те же закономерности. Это значит, что новая модель нервной ткани эффективна, может стать более дешевой альтернативой существующим моделям и при этом давать информацию, видоспецифичную для человека.

Не менее интересными оказались результаты о работе FGAMS в образцах, зараженных ВПГ1. После внедрения вируса в культуру фибробластов для имитации кожной стадии заболевания, в этих клетках активировалась сборка пуриносом, причем рядом с теми же структурами, рядом с которыми они в норме собираются в нейронах — митохондрии и микротрубочки. Из этого следует, что любые клетки с набором необходимых ферментов могут синтезировать пурины для своих нужд (или нужд непрошенных вирусов).

В то же время пуриносомы в зараженных нейронах стали постоянными структурами. Это говорит о роли нервной ткани как основного центра синтеза пуринов в организме. И так как, однажды попав в организм, ВПГ1 остается с человеком на всю жизнь, изучение отложенных эффектов постоянной активности пуриносом в нервной ткани может стать важным вкладом в практическую медицину.

Исследователи планируют применить модель нейрон-подобных клеток для изучения других вирусов, поселяющихся в нейронах, таких как: ВПГ, ВИЧ, лихорадка Западного Нила, Зика и другие.

Текст: Виктория Стельмах

“Expression of the purine biosynthetic enzyme phosphoribosyl formylglycinamidine synthase (FGAMS) in neurons” by Colleen A. Mangold et. al in Journal of Neurochemistry. Published online 16 January 2018 doi:10.1111/jnc.14304

“Differentiated Human SH-SY5Y Cells Provide a Reductionist Model of Herpes Simplex Virus 1 Neurotropism” by Mackenzie M. Shipley et. al in Journal of Virology. Published online 27 September 2017 doi: 10.1128/JVI.00958-17

Исследователи из Penn State (США) разработали метод культивирования искусственных нейронов для изучения ферментов, вовлеченных в процесс синтеза пуринов. Результаты работы были опубликованы в декабре 2017 в Journal of Virology и в январе 2018 в Journal of Neurochemistry.

Нейрон-подобные клетки, экспрессирующие фермент FGAMS (помечены красными метками). Этот фермент является ключевым элементом пуриносомы — структуры, отвечающий за синтез пуринов.
Credits: Colleen Mangold, Penn State.

Команда исследователей под руководством ученых из Penn State использовала нейрон-подобные клетки для описания свойств ключевого фермента молекулярной структуры, синтезирующей пурины — белка FGAMS — а также изменений в его работе при заражении клеток вирусом простого герпеса первого типа (ВПГ1). Работа интересна и важна тем, что пурины вовлечены в большое количество биохимических процессов, а также входят в состав ДНК и являются нейротрансмиттерами. Изучение возможных нарушений процесса их синтеза даст новую информацию о системном влиянии некоторых вирусных инфекций на организм.

«Нейрон-подобные клетки позволили нам изучить синтез пуринов в контексте определенного типа клеток человека, что было интересной новой задачей, — комментирует Морайа Сэпара [Moriah Szpara], доцент кафедры биохимии и молекулярной биологии Университета штата Пенсильвания, — мы выбрали нервную ткань, так как большинство процессов в ней являются энергозатратными по умолчанию. Нам было интересно посмотреть, как клетки справляются с этим, и как повлияет на метаболизм появление ВПГ1, имеющего свойство селиться в нейронах и использовать ресурсы клеток в своих целях, создавая дополнительную нагрузку.»

Дефицит пуринов запускает в клетке процесс формирования молекулярной машины для их синтеза — пуриносомы. Ключевым элементом этого комплекса ферментов является белок FGAMS — фосфорибозил формилглицинамидин синтаза. Ученые измерили уровень FGAMS в срезах мозга и отдельных нейронах мышей, фибробластах человека (линии MRC5) и особым образом культивированных нейрон-подобных клетках, использование которых стало прорывом в области моделирования нервной ткани человека.

Данные о нормальной работе FGAMS в культуре таких клеток и в нейронах из срезов мозга грызунов отразили одни и те же закономерности. Это значит, что новая модель нервной ткани эффективна, может стать более дешевой альтернативой существующим моделям и при этом давать информацию, видоспецифичную для человека.

Не менее интересными оказались результаты о работе FGAMS в образцах, зараженных ВПГ1. После внедрения вируса в культуру фибробластов для имитации кожной стадии заболевания, в этих клетках активировалась сборка пуриносом, причем рядом с теми же структурами, рядом с которыми они в норме собираются в нейронах — митохондрии и микротрубочки. Из этого следует, что любые клетки с набором необходимых ферментов могут синтезировать пурины для своих нужд (или нужд непрошенных вирусов).

В то же время пуриносомы в зараженных нейронах стали постоянными структурами. Это говорит о роли нервной ткани как основного центра синтеза пуринов в организме. И так как, однажды попав в организм, ВПГ1 остается с человеком на всю жизнь, изучение отложенных эффектов постоянной активности пуриносом в нервной ткани может стать важным вкладом в практическую медицину.

Исследователи планируют применить модель нейрон-подобных клеток для изучения других вирусов, поселяющихся в нейронах, таких как: ВПГ, ВИЧ, лихорадка Западного Нила, Зика и другие.

Текст: Виктория Стельмах

“Expression of the purine biosynthetic enzyme phosphoribosyl formylglycinamidine synthase (FGAMS) in neurons” by Colleen A. Mangold et. al in Journal of Neurochemistry. Published online 16 January 2018 doi:10.1111/jnc.14304

“Differentiated Human SH-SY5Y Cells Provide a Reductionist Model of Herpes Simplex Virus 1 Neurotropism” by Mackenzie M. Shipley et. al in Journal of Virology. Published online 27 September 2017 doi: 10.1128/JVI.00958-17