В клетках человека найдены неизвестные ранее органеллы

Глубоко внутри наших клеток ученые обнаружили ранее неизвестную структуру, которая может изменить наше понимание работы клеточных механизмов. Органелла, получившая название «гемифусома», действует как специализированный погрузо-разгрузочный док, где клеточные «грузовики» соединяются и передают груз — процесс, критически важный для поддержания здоровья и нормального функционирования клеток.

Открытие, описанное в журнале Nature Communications, стало возможным благодаря передовой криоэлектронной томографии, которая «замораживает» клетки во времени, позволяя исследователям наблюдать структуры, ускользавшие от традиционных методов микроскопии.

Погрузочный док

Гемифусомы представляют собой нечто совершенно неожиданное в клеточной биологии: стабильные структуры, образующиеся при частичном слиянии двух разных типов везикул, которые разделяют мембранный барьер — так называемую гемифузионную диафрагму. До сих пор считалось, что такое частичное слияние длится всего миллисекунды в ходе обычных клеточных процессов.

«Это как обнаружить новый центр переработки внутри клетки», — сравнивает биолог Сехам Эбрахим из Университета Вирджинии.

Эти структуры сохраняются гораздо дольше, чем предсказывали теоретические модели, а их гемифузионные диафрагмы в среднем достигают 158 нанометров в диаметре — примерно в 15 раз больше, чем ранее наблюдаемые промежуточные стадии слияния.

Каждая гемифусома содержит белково-липидную каплю размером 42 нанометра, расположенную точно в месте соединения двух везикул. Эти нанокапли, по-видимому, управляют всем процессом, потенциально выступая в качестве центров сборки новых везикул.

Две стороны одной органеллы

Исследовательская группа, работавшая с четырьмя различными линиями клеток млекопитающих, идентифицировала гемифусомы в двух различных конфигурациях:

• прямые: когда меньшая везикула сливается с внешней поверхностью большей,
• перевернутые: когда меньшая везикула оказывается внутри большей, потенциально формируя внутренние грузовые отсеки,
• составные: сложные структуры, где несколько везикул соединяются в разветвленные сети.

Эти вариации позволяют предположить, что гемифусомы — не просто статичные структуры, а динамические платформы, способные генерировать мультивезикулярные тельца, которые клетки используют для сортировки белков и утилизации отходов. До 10% мембраносвязанных органелл на периферии клеток демонстрировали признаки гемифусом, что указывает на их гораздо более широкую распространенность, чем предполагалось ранее.

Новые правила

Открытие ставит под сомнение господствующую ESCRT-модель формирования внутренних везикул. Вместо того чтобы отпочковываться внутрь от существующих мембран, гемифусомы, по-видимому, создают новые компартменты с помощью совершенно иного механизма, связанного с загадочными нанокаплями.

Когда ученые проследили за поглощением клетками золотых наночастиц, они обнаружили нечто удивительное: частицы попадали в обычные эндосомы и другие органеллы, но никогда — в гемифусомы. Это, вероятно, указывает на их функционирование вне традиционных транспортных путей, возможно, представляя собой альтернативную систему клеточной сортировки.

Связь с заболеваниями

Последствия открытия выходят за рамки фундаментальной клеточной биологии. Нарушения клеточного транспорта лежат в основе множества генетических расстройств, включая синдром Германского-Пудлака — редкое заболевание, вызывающее альбинизм, проблемы со зрением, болезни легких и нарушения свертываемости крови.

«Мы считаем, что гемифусомы помогают регулировать упаковку и обработку материалов клеткой, и когда этот процесс нарушается, это может способствовать развитию заболеваний, затрагивающих многие системы организма», — отметила Эбрахим.

Понимание функций гемифусом может пролить свет на причины разнообразных симптомов при определенных генетических мутациях и потенциально выявить новые терапевтические мишени для состояний, связанных с нарушением клеточного «хозяйства».

Скрытые на виду

Почему эти структуры так долго оставались незамеченными? Традиционная электронная микроскопия требует химической фиксации и дегидратации, что, вероятно, дестабилизировало гемифусомы или искажало их вид. Использованный здесь метод криоэлектронной томографии сохраняет клеточные структуры в почти естественном состоянии, раскрывая детали, невидимые стандартными методами.

Исследователи минимизировали воздействие на образцы, перенося клетки из культуральной среды в аппарат для замораживания всего за две-три секунды до витрификации. Такой бережный подход позволил сохранить структуры, которые в противном случае могли быть утрачены из-за артефактов подготовки.

«Обнаружение чего-то действительно нового внутри клеток — большая редкость, и оно открывает перед нами совершенно новый путь для исследований. Теперь, когда мы знаем о существовании гемифусом, мы можем начать изучать их роль в здоровых клетках и то, что происходит, когда что-то идет не так», — заключила Эбрахим.