Исследователи Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) уточнили представления о функционировании белка Piezo1, который является одним из значимых участников клеточного метаболизма. В частности, впервые был описан механизм поступления в клетку важнейшего биологического элемента – магния. Поскольку нарушение работы Piezo1 связывается с заболеваниями различных систем организма, включая рак, то полученные учеными результаты могут найти применение при разработке новых терапевтических подходов. Исследование опубликовано в научном журнале Journal of Cellular Physiology.

Ионные каналы — это особый тип белков, которые образуют поры в оболочке (мембране) живых клеток и позволяют различным ионам (натрий, калий, кальций, хлор и проч.) проходить через мембрану, создавая градиент концентрации ионов по обе стороны клеточной оболочки. Транспортировка ионов лежит в основе клеточной сигнализации – возникновения электрических сигналов, при помощи которых клетка взаимодействует с окружающей средой и реагирует на ее изменения. Клеточная сигнализация является крайне важной функцией клетки для биологических процессов на уровне всего организма: рост и развитие тканей, сокращение мышц, иммунный ответ, регуляция метаболизма и поддержание гомеостаза.

Часть важнейших клеточных процессов управляются при помощи механических сигналов, т.е. клетки и ткани “ощущают” различные механические воздействия и конвертируют их в биологические реакции. В 2010 году американский молекулярный биолог Ардем Патапутян впервые описал (а в 2021 году получил за это нобелевскую премию) семейство механочувствительных ионных каналов “Piezo”, состоящее из двух белков - Piezo1 и Piezo2, которые обеспечивает вход кальция и других ионов, важных для физиологии клеток.

“Наша научная группа исследует ионные каналы Piezo1. Такой белок присутствует во многих тканях организма человека, где выступает в качестве важнейшего регулятора и участника множества физиологических реакций. Кроме того, каналы Piezo1 рассматриваются в качестве новой многообещающей мишени для разработки терапий заболеваний различных систем и образования опухолей. Однако в настоящее время работы по изучению свойств Piezo1 проводят, в основном, на модифицированных клеточных и неклеточных системах, что не отображает реальной картины функционирования Piezo1 в “естественных” условиях. Поэтому мы изучили биофизические свойства каналов Piezo1 на уровне одиночных молекул в тех клетках, в которых они уже присутствуют в “естественных” условиях”, – рассказывает научный сотрудник группы ионных механизмов клеточной сигнализации ИНЦ РАН Валерия Васильева.

Исследователи определили фундаментальные характеристики Piezo1 в различных ионных условиях, измерили одиночные токи, переносимые основными физиологическими ионами, а именно кальцием, натрием и магнием. Для этого использовался метод локальной фиксации потенциала (патч-кламп), который позволяет регистрировать активность ионных каналов в плазматической мембране клеток в режиме реального времени.

Кроме того, ученые ИНЦ РАН впервые получили данные о проницаемости Piezo1 для магния. Магний – второй по распространенности клеточный ион, который вовлечен в более 600 ферментативных реакций в клетке, включая метаболический цикл клетки и синтез белка.

“Наши данные демонстрируют, что каналы Piezo1 потенциально могут обеспечивать физиологический путь для транспорта магния и, как следствие, способствовать регуляции магний-зависимой внутриклеточной сигнализации. Таким образом, наши результаты позволяют вписать Piezo1 в качестве нового участника магниевого транспорта клетки, что расширяет функциональный диапазон Piezo1 как возможного участника различных магний-зависимых клеточных реакций, и представляют собой фундаментальную основу для разработки потенциальных веществ, способных модулировать функционирование каналов Piezo1 при различных патологиях”. – поясняет руководитель группы ионных механизмов клеточной сигнализации ИНЦ РАН Владислав Чубинский-Надеждин.

Исследование поддержано грантом РНФ (грант РНФ № 22-74-10037).

Комментариев пока нет.