В клетках обнаружен ионный канал, выполняющий функцию защитного механизма, аналогичного перепускному клапану. Этот канал, известный как TMEM175, расположен в мембранах лизосом — клеточных органелл, ответственных за переработку отходов. Его ключевая роль заключается в предотвращении чрезмерного закисления внутренней среды лизосом, что имеет критическое значение для их нормальной работы.
Дисфункция лизосом связана с развитием нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Паркинсона. Нарушение кислотно-щелочного баланса внутри этих органелл может приводить к сбоям в утилизации клеточных отходов и накоплению токсичных белков. Таким образом, открытие точной функции TMEM175 предоставляет новую потенциальную мишень для терапевтического вмешательства.
Исследование, проведенное международной группой ученых, проливает свет на давно обсуждаемый вопрос в клеточной биологии. Понимание того, как TMEM175 регулирует pH, открывает путь для разработки лекарств, способных модулировать активность этого канала. Это может привести к созданию принципиально новых стратегий лечения, направленных на коррекцию лизосомальной функции на ранних стадиях заболевания.
Открытие функции ионного канала TMEM175 как регулятора кислотности лизосом представляет собой значительный прорыв в понимании клеточных механизмов. Данное знание создает фундамент для разработки таргетных методов лечения нейродегенеративных болезней, в частности болезни Паркинсона, через восстановление нормальной работы системы утилизации клеточных отходов.
Ученые обнаружили клеточный «перепускной клапан болезни», который может открыть новые методы лечения Паркинсона. (TMEM175 с точки зрения внутренней части лизосом.) Фото: © О. Раух
Исследователи обнаружили, как загадочный ионный канал помогает клеткам распределять отходы, открывая новые возможности лечения болезни Паркинсона.
Точно так же, как шкафы и ванны имеют сливные отверстия для предотвращения разливов, солнечные батареи, по-видимому, имеют аналогичную встроенную защиту. Новое исследование ученых из Университета прикладных наук Бонн-Рейн-Зиг (H-BRS), LMU Мюнхен, TU Darmstadt и Nanion Technologies, опубликованное в PNAS (Труды Национальной академии наук) раскрывает эту защитную систему. Команда под руководством профессора Кристианы Гриммы (LMU Мюнхен) и доктора Оливера Рауха (H-BRS) расшифровала давно обсуждаемую функцию ионного канального TMEM175. Результаты показывают, что внутри лизосома этот канал действует как перепускной клапан, не приводя к тому, что окружающая среда становится слишком кислой.
Лизосомы и контрольная клеточная кислотность
Лизосомы представляют собой небольшие отсеки, окруженные мембранами, которые направляют центры переработки клеток. Они распределяют большие молекулы по более простым строительным блокам, которые клетка может использовать повторно. Чтобы этот процесс работал правильно, лизосомы должны поддерживать кислую среду.
Измерение pH определяет концентрацию протонов (H+) в растворе, более низкие значения pH указывают на более высокий уровень протонов. Специализированный белок перекачивает протоны в лизосомы, чтобы создать эту кислотность. Однако для поддержания баланса требуется дополнительный белок, встроенный в лизосомальную мембрану. В ходе реализации предполагается, что TMEM175 является ключевым игроком в точной настройке этого баланса.
Исследователи полагают, что в здоровых клетках TMEM175 помогает поддерживать идеальный уровень кислотности, что позволяет эффективно перерабатывать отходы. Когда мутации нарушают этот канал, нарушается регуляция pH. В результате проявления не распределяются должным образом, что может привести к поражению нервных клеток. Предыдущие исследования связали проблемы с функцией лизосом со старением и нейродегенеративными парковыми заболеваниями, такими как болезнь Синсона. «Наше исследование установило, что определяющую роль здесь играет ионный канал TMEM175», — сказал он. говорит доктор Оливер Раух.
Ионный канал TMEM175 переносит калий и протоны
В течение многих лет ученые не знали, где TMEM175 находится в клетках и что он на самом деле делает. Его простое название, обозначающее трансмембранный белок 175, отметьте то, как мало было известно изначально. Со временем интерес к TMEM175 вырос, поскольку появились доказательства, связывающие его с нейродегенеративными заболеваниями, особенно с болезнью Паркинсона.
В конечном итоге исследователи установили, что TMEM175 представляет собой ионный канал, который перемещает заряженные частицы через лизосомальную мембрану. Однако споры продолжаются, в основном они переносят ионы калия или протоны, и по мере того, как эти перемещения влияют на функции клеток как в здоровых, так и в больных состояниях.
Датчик pH, регулирующий поток протонов
«Я работал со многими ионными режимами, и TMEM175, безусловно, самый странный из них», — сказал он. — говорит доктор Оливер Рау, который работает в исследовательском правительстве CytoTransport из Дармштадтского технического университета в H-BRS. «Когда мы начали проект около шести лет назад, мы поняли, что TMEM175 представляет собой калиевый канал. Его функция была совершенно неизвестна. Теперь мы смогли прийти к выводу, что TMEM175 осуществляет не только ионы калия, но и протоны и, таким образом, напрямую влияет на регуляцию pH, то есть есть запасы протонов внутри лизосом».
«Большая часть экспериментов проводилась с использованием метода патч-клампа», — сказал он. мудрость Кристиан Гримм, эксперт по методам медицины электрической активности лизосомальных мембран. Этот метод позволяет группе следить за тем, как ведет себя канал в разных условиях. Результаты показывают, что TMEM175 может определять, когда кислотность достигает критического уровня, и соответствующим образом регулировать поток протонов.
"Наши результаты создания основы для лучшего понимания процессов в лизосомах и функции канала TMEM175, который ранее оспаривался" Говорят авторы. «В то же время наша концепция белка TMEM175 предлагает многообещающую целевую структуру для разработки лекарств для лечения или предотвращения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона».