_ Când un protector celular colaborează cu un criminal: cercetările explorează rolul dublu al CED-9 în apoptoză

De la dezvoltarea timpurie până la bătrânețe, moartea celulară este o parte a vieții. Fără suficient de un tip critic de moarte celulară cunoscut sub numele de apoptoză, animalele ajung să aibă prea multe celule, ceea ce poate crea scena pentru cancer sau boli autoimune. Dar un control atent este esențial, deoarece atunci când apoptoza elimină celulele greșite, efectele pot fi la fel de îngrozitoare, ajutând la apariția multor tipuri de boli neurodegenerative.

Prin studierea viermilor rotunzi microscopici Caenorhabditis elegans, care a fost onorat cu al patrulea premiu Nobel luna trecută — oamenii de știință de la Institutul McGovern pentru Cercetarea Creierului de la MIT au început să dezvăluie un mister de lungă durată despre factorii care controlează apoptoza: cum o poate promova o proteină capabilă să prevină moartea celulară programată.

Studiul lor, condus de Robert Horvitz, profesor de biologie David H. Koch la MIT, și raportat pe 9 octombrie în revista Science Advances, aruncă lumină asupra procesului de moarte celulară atât în ​​​​sănătate, cât și în boală.

„Aceste descoperiri, realizate de studentul absolvent Nolan Tucker și fostul student absolvent, acum coleg de facultate la MIT, Peter Reddien, au dezvăluit că o interacțiune a proteinelor, considerată de mult timp că blochează apoptoza la C. elegans, probabil că are efectul opus”, spune Horvitz, care este, de asemenea, investigator la Institutul Medical Howard Hughes și Institutul McGovern.

Horvitz a împărtășit Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 2002 pentru descoperirea și caracterizarea genelor care controlează moartea celulară la C. elegans.

Horvitz, Tucker, Reddien și colegii săi au oferit perspective fundamentale în domeniul apoptozei utilizând C. elegans pentru a analiza mecanismele care conduc apoptoza, precum și mecanismele care determină modul în care celulele asigură că apoptoza are loc când și unde ar trebui. .

Spre deosebire de oameni și alte mamifere, care depind de zeci de proteine ​​pentru a controla apoptoza, acești viermi folosesc doar câteva. Și când lucrurile merg prost, este ușor de spus: când nu există suficientă apoptoză, cercetătorii pot vedea că există prea multe celule în corpurile translucide ale viermilor. Și când sunt prea multe, viermii le lipsesc anumite funcții biologice sau, în cazuri mai extreme, nu se pot reproduce sau muri în timpul dezvoltării embrionare.

Lucrările din laboratorul Horvitz au definit rolurile multor gene și proteine ​​care controlează apoptoza la viermi. Acești regulatori s-au dovedit a avea omologi în celulele umane și, din acest motiv, studiile asupra viermilor au ajutat la dezvăluirea modului în care celulele umane guvernează moartea celulelor și au indicat ținte potențiale pentru tratarea bolilor.

Trei dintre principalele C. elegans. regulatorii apoptozei promovează în mod activ moartea celulelor, în timp ce doar unul, CED-9, controlează proteinele care promovează apoptoza pentru a menține celulele în viață.

Încă din anii 1990, însă, Horvitz și colegii săi au recunoscut că CED- 9 nu a fost exclusiv un protector al celulelor. Experimentele lor au indicat că proteina protector joacă, de asemenea, un rol în promovarea morții celulare. Dar, în timp ce cercetătorii credeau că știu cum CED-9 protejează împotriva apoptozei, rolul său pro-apoptotic a fost mai nedumerit.

Rolul dublu al CED-9 înseamnă că mutațiile din gena care îl codifică pot avea un impact asupra apoptozei în mai multe moduri. . Majoritatea mutațiilor ced-9 interferează cu capacitatea proteinei de a proteja împotriva morții celulare și duce la moartea celulelor în exces. Dimpotrivă, mutațiile care activează anormal ced-9 cauzează prea puțină moarte celulară, la fel ca mutațiile care inactivează oricare dintre cele trei gene ucigașe.

O mutație atipică ced-9, identificată de Reddien când era doctor. student din laboratorul lui Horvitz, a sugerat cum CED-9 promovează moartea celulelor. Această mutație a modificat partea proteinei CED-9 care interacționează cu proteina CED-4, care este proapoptotică. Deoarece mutația duce în mod specific la o reducere a apoptozei, acest lucru a sugerat că CED-9 ar putea avea nevoie să interacționeze cu CED-4 pentru a promova moartea celulelor.

Ideea a fost deosebit de intrigantă, deoarece cercetătorii credeau de mult că CED- Interacțiunea lui 9 cu CED-4 a avut exact efectul opus: în modelul canonic, CED-9 ancorează CED-4 de mitocondriile celulelor, sechestrând proteina ucigașă CED-4 și împiedicând-o să se asocieze și să activeze un alt ucigaș cheie, CED. -3 proteină – prevenind astfel apoptoza.

Pentru a testa ipoteza că interacțiunile CED-9 cu proteina ucigașă CED-4 sporesc apoptoza, echipa avea nevoie de mai multe dovezi.

Așa că, absolvent. studentul Nolan Tucker a folosit instrumente de editare a genelor CRISPR pentru a crea mai mulți viermi cu mutații în CED-9, fiecare vizand un loc diferit în regiunea de legare a CED-4. Apoi a examinat viermii.

„Ceea ce am văzut cu această clasă specială de mutații au fost celule suplimentare și viabilitate”, spune el – semne clare că CED-9 modificat încă protejează împotriva morții celulelor, dar ar putea nu-l mai promovează.

„Aceste observații au susținut puternic ipoteza că capacitatea de a lega CED-4 este necesară pentru funcția pro-apoptotică a CED-9”, explică Tucker. Observațiile lor au sugerat, de asemenea, că, contrar gândirii anterioare, CED-9 nu trebuie să se lege de CED-4 pentru a proteja împotriva apoptozei.

Când a privit în interiorul celulelor viermilor mutanți, Tucker a găsit suplimentar dovezi că aceste mutații au împiedicat capacitatea CED-9 de a interacționa cu CED-4. Când atât CED-9 cât și CED-4 sunt intacte, CED-4 apare asociat cu mitocondriile celulelor. Dar, în prezența acestor mutații, CED-4 a fost în schimb la marginea nucleului celular. Capacitatea CED-9 de a lega CED-4 de mitocondrii părea a fi necesară pentru a promova apoptoza, nu pentru a proteja împotriva acesteia.

În timp ce descoperirile echipei încep să explice o întrebare fără răspuns de mult timp despre unul dintre regulatorii primari. de apoptoză, cresc și altele noi. „Cred că această cale principală de apoptoză a fost văzută de mulți oameni ca știință mai mult sau mai puțin stabilită. Descoperirile noastre ar trebui să schimbe această viziune”, spune Tucker.

Cercetătorii văd paralele importante între descoperirile lor din acest studiu asupra viermilor și a ceea ce se știe despre căile de moarte celulară la mamifere. Omologul mamifer al CED-9 este o proteină numită BCL-2, mutații în care pot duce la cancer. BCL-2, ca și CED-9, poate promova și proteja împotriva apoptozei.

Ca și în cazul CED-9, funcția pro-apoptotică a BCL-2 a fost misterioasă. De asemenea, la mamifere, mitocondriile joacă un rol cheie în activarea apoptozei.

Descoperirea laboratorului Horvitz deschide oportunități pentru a înțelege mai bine modul în care apoptoza este reglată nu numai la viermi, ci și la oameni și modul în care dereglarea apoptozei la om. poate duce la astfel de tulburări precum cancerul, bolile autoimune și neurodegenerarea.

Această poveste este republicată prin amabilitatea MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site popular care acoperă știri despre cercetarea MIT, inovație și predare.

(Fluierul)