Satelity centriolowe odgrywają kluczową rolę w utylizacji odpadów białkowych z komórek
Centrosomy składają się z pary centrioli w chmurze materiału pericentriolowego. Pełnią one różne funkcje, od odciągania od siebie chromosomów podczas podziału komórki po zapewnienie podstawy dla „anteny” komórkowej zwanej rzęską pierwszorzędową. Wokół centrosomu skupiają się małe granulki zwane satelitami centriolowymi. Sfinansowany przez UE projekt SATBIOFUN zbadał funkcję satelitów centriolowych, wykorzystując manipulację genetyczną w hodowli ludzkich komórek. „Kluczowe cele obejmowały ocenę tego, jak ważne są satelity centriolowe dla funkcji centrosomu, takich jak duplikacja centrosomu lub reakcje komórek na stres, które w komórkach nowotworowych mogą być nieprawidłowe, czy też w kształtowaniu się rzęski pierwszorzędowej, która przestaje działać w przypadku chorób ciliopatycznych”, wyjaśnia Ciaran Morrison, profesor biochemii na Irlandzkim Uniwersytecie Narodowym w Galway oraz koordynator projektu.
Komórki w warunkach stresu powodowanego zniekształconymi białkami
Badacze z projektu SATBIOFUN wykorzystali różne podejścia, aby selektywnie usunąć białka będące satelitami centriolowymi, by potwierdzić ich funkcję. Inżynieria genomu z wykorzystaniem technologii CRISPR-Cas9 oraz knockdown genów przy pomocy siRNA wygenerowały klony komórek ludzkich, którym brakowało określonych białek będących przedmiotem badania. Szczegółowa analiza mikroskopowa pozwoliła ocenić, w jaki sposób te pozbawione satelitów komórki zareagowały na różnego rodzaju stresy i bodźce. „W szczególności zbadaliśmy udział satelitów centriolowych w regulacji reakcji komórkowych na nieprawidłowo sfałdowane białka”, podkreśla Suzanna Prosser, stypendystka programu „Maria Skłodowska-Curie”. Nieprawidłowo sfałdowane lub zbyt liczne białka gromadzą się wokół centrosomów w skupiskach zwanych agresomami (por. formację na zdjęciu). Białka oznaczone łańcuchami ubikwityny (na zdjęciu: czerwone) podlegają degradacji przeprowadzanej przez komórkowe jednostki utylizacyjne zwane proteasomami. Białka będące satelitami centriolowymi znajdują się w agresomach. Co ważne, utrata elementów satelickich wpłynęła negatywnie na kształtowanie się struktur agresomów oraz odpowiednią i terminową degradację często błędnie funkcjonujących, nieprawidłowo sfałdowanych białek, z których składają się te zespoły.
Przełomowe wyniki stawiają przed nami wyzwania
Kluczową decyzją w trakcie realizacji projektu było prześledzenie skutków usunięcia satelitów centriolowych w celu ustalenia, w jaki sposób komórki reagują na problemy z kontrolą jakości białek. Jak wskazuje Morrison: „Wiązało się to ze zmianą kierunku naszej analizy satelitów centriolowych, gdyż musieliśmy uwzględnić nowe i potencjalnie ekscytujące wyniki biologiczne naszych prac”. Otworzyła się nowa ścieżka wiodąca w kierunku ludzkiego zdrowia. Drugim wyzwaniem było z kolei zbadanie wyników w kontekście istotnym dla choroby. Wiązało się to z nawiązaniem nowej współpracy oraz zbadaniem względnie nieznanego terytorium poprzez nowe modele komórkowe.
Przyszłość badań nad satelitami centriolowymi
Zespół koncentruje się nadal na badaniu uszkodzonych białek w komórkach. Badacze zajmują się analizą myszy pozbawionych satelitów centriolowych oraz powiązaniem z organellum odpowiadającym za eliminację uszkodzonych białek – proteasomem. Na koniec przeanalizują linie komórkowe pacjentów, u których występują zaburzenia w tworzeniu się skupisk białek, aby sprawdzić, czy wpływa to na satelity centriolowe. Wiadomo, że zmniejszona aktywność proteasomowa przyczynia się do starzenia się i degeneracji siatkówki. „Nasze wyniki stwarzają ekscytującą możliwość, że białka satelickie przyczyniają się do powstawania chorób charakteryzujących się nagromadzeniem skupisk białkowych lub że manipulowanie satelitami może pomóc zapobiegać rozwojowi tego rodzaju chorób”, oznajmia entuzjastycznie Prosser. Jednym z pomysłów jest to, że komórki pozbawione satelitów cechują się ograniczoną aktywnością proteasomową, czego skutki można zaobserwować wyłącznie w starszych komórkach. „Nasza wizja przyszłych badań opartych na naszych zachęcających wynikach będzie obejmować przetestowanie, w jaki sposób patogeniczne warianty białek satelickich lub agresomowych wpływają na funkcjonowanie komórek”, podsumowuje Morrison.
Słowa kluczowe
SATBIOFUN, satelita centriolowy, białka, centrosom, choroba, stres, nieprawidłowo sfałdowane białko, stres komórkowy, proteasom