Открытие чрезвычайно долгоживущих белков может объяснить причины старения клетки и возникновения нейродегенеративных заболеваний |
Актуальные темы - Старение |
Автор: Administrator |
05.02.2012 17:29 |
Микрофотография чрезвычайно долгоживущих белков (extremely long-lived proteins) на поверхности ядра нейронов головного мозга крысы, светящихся зеленым светом. ДНК внутри ядра показана синим. Ученые из Института Солка доказали, что ELLPs, входящие в состав каналов в ядерной мембране нейронов, существуют более года. Разрушение этих белков позволяет токсинам проникать в ядро, что ведет к старению клетки. (Фото: Brandon Toyama, Salk Institute for Biological Studies) Одна из самых больших тайн биологии – почему стареют клетки. Ученые из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies) нашли «ахиллесову пяту» нейронов головного мозга, вполне вероятно, вносящую решающий вклад в процесс его старения и развитие нейродегенеративных заболеваний. Они установили, что так называемые чрезвычайно долгоживущие белки (extremely long-lived proteins, ELLPs), входящие в состав ядерных мембранных каналов нейронов, отличаются очень большой продолжительностью существования. В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи сообщают, что в мозге крыс им удалось обнаружить ELLPs, возраст которых равен возрасту самого организма. (Для сравнения, продолжительность жизни большинства белков составляет около двух дней.) Профессор лаборатории молекулярной и клеточной биологии Мартин Гетцер (Martin Hetzer) и его группа первыми открыли важную внутриклеточную молекулярную машину, компонентами которой являются ELLPs, и показали, что в течение всей жизни эти белки не подвергаются замене. Белки ELLPs составляют транспортные каналы в мембране ядра, так называемые комплексы ядерной поры (nuclear pore complex, NPC),– ворота, контролирующие поступление и выход в ядро и из ядра различных веществ. Большой «срок службы» этих белков мог бы быть их преимуществом, если бы не происходящий с течением времени износ. В отличие от других белков организма аберрантные химические изменения и другие повреждения, постепенно накапливающиеся в ELLPs, не приводят к их замене. Накопившиеся в ELLPs повреждения снижают способность состоящих из этих белков трехмерных транспортных каналов защищать ядро клетки от токсинов. Проникающие в ядро токсины могут вызвать изменения в ДНК и, следовательно, в активности генов, способствуя тем самым старению всей клетки. Многочисленные предыдущие исследования позволяют заключить, что в основе процесса старения лежат изменения в экспрессии генов. Но до открытия лабораторией профессора Гетцера «слабого звена» комплексов ядерной поры млекопитающих, позволяющего повреждающим ДНК токсинам проникать в ядро, у научного сообщества не было ясного представления о том, чем именно вызываются эти изменения в экспрессии. «Основной определяющей чертой старения является общее снижение функциональных способностей различных органов, например, сердца и мозга», - объясняет профессор Гетцер. «Это снижение объясняется нарушением гомеостаза, или состояния внутреннего равновесия, клеток, составляющих эти органы. Недавними исследованиями нескольких лабораторий срыв белкового гомеостаза был связан с ослаблением функций клеток». Полученные профессором Гетцером и его группой результаты предполагают, что ослабление функций нейронов берет свое начало в ELLPs, разрушающихся параллельно с накапливающимися с течением времени повреждениями. «Большинство клеток, но не нейроны, борются с ослаблением функциональных способностей своих белковых компонентов посредством замены белков, когда их потенциально поврежденные части заменяются новыми функциональными копиями», - продолжает ученый. «Наши результаты дают основания предполагать, что изнашивание ядерных пор может являться общим механизмом старения, приводящим к возрастным дефектам в функции ядра, таким как потеря программы экспрессии генов, характерной для молодого возраста». Полученные результаты могут оказать влияние на понимание молекулярных основ старения и таких нейродегенеративных заболеваний, как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона. В предыдущих исследованиях профессор Гетцер и его группа обнаружили крупные филаменты в ядрах нейронов старых мышей и крыс, происхождение которых восходит к цитоплазме нервной клетки. Такие филаменты связываются учеными с различными нейродегенеративными заболеваниями, включая болезнь Паркинсона. Являются ли эти аномальные молекулы причиной или результатом заболевания? Ученые пока не пришли к единому мнению. С другой стороны, лаборатория профессора Гетцер зафиксировала возрастной спад в функционировании комплексов ядерной поры в нейронах нормально стареющих крыс, являющихся лабораторными моделями биологии человека. Финансируемая Медицинским фондом Эллисона (Ellison Medical Foundation) и Фондом медицинских исследований Гленна (Glenn Foundation for Medical Research) группа профессора Гетцера – единственная в мире лаборатория, занимающаяся изучением роли транспортных каналов – комплексов ядерной поры – в процессе старения. Когда три года назад профессор Гетцер решил выяснить, играют ли комплексы ядерной поры какую-либо роль в инициировании и патогенезе старения и нейродегенеративных заболеваний, некоторые члены научного сообщества предупреждали его, что подобное исследование будет слишком смелым, а его проведение – слишком сложным и дорогим. Но, несмотря на все предупреждения, Гетцер остался полон решимости. Помимо ученых из Института Солка в работе пронимал участие профессор кафедры химической физиологии Исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) Джон Йейтс III (John Yates III).
По материалам
Оригинальная статья: J. N. Savas, B. H. Toyama, T. Xu, J. R. Yates, M. W. Hetzer. Extremely Long-Lived Nuclear Pore Proteins in the Rat Brain
© «Открытие чрезвычайно долгоживущих белков может объяснить причины старения клетки и возникновения нейродегенеративных заболеваний». Полная или частичная перепечатка материала разрешается при обязательной незакрытой от индексации, незапрещенной для следования робота активной гиперссылке на страницу Старение. Письменное разрешение обязательно.
Еще о работе профессора Гетцера «Самое слабое звено» стареющего протеома
и о старении Открыт первый биохимический путь к молодости и старению, несвязанный с ограничением калорий Способность к старению позволяет бактериям улучшать эволюционную приспособляемость популяции Окислительный стресс: а так ли он вреден, как предполагалось? Как дрожжевым клеткам удается не передавать дочерним клеткам своего «багажа» старости Оксиданты помогают поддерживать нормальный уровень артериального давления Новые открытия о старении клетки Белок TBC1D3 оказывает влияние на развитие ожирения, диабета и старение Стволовые клетки бесполых планарий не стареют благодаря ферменту теломеразе Новое о клеточном старении: повреждение ДНК теломер необратимо Побочные эффекты рапамицина можно устранить
Related Articles: |