Neue Studie beschreibt, wie hungernde Zellen Proteintransportstationen kapern

Eine neue Studie beschreibt detailliert, wie nährstoffarme Zellen Proteintransportstationen zu zellulären Recyclingzentren umleiten, wo sie abgebaut werden, und hebt einen neuartigen Ansatz hervor, den Zellen verwenden, um mit Stresszuständen umzugehen.

Neue Proteine, die außerhalb der Zelle gebunden sind, werden im endoplasmatischen Retikulum (ER) hergestellt – einer schlängelnden Membran innerhalb der Zelle. Traubenartige röhrenförmige Auswüchse am ER, sogenannte ER-Austrittsstellen, dienen als Transportstationen, an denen diese neu synthetisierten Proteine ​​gesammelt und zum nächsten Schritt ihrer Reise transportiert werden.

In den letzten Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass diese ER-Austrittsstellen auch dazu beitragen, Zellmaterial und fehlgefaltete Proteine ​​an Lysosomen zu transportieren – Organellen, die Material in der Zelle abbauen und recyceln – und eine Plattform für die Replikation von Viren, einschließlich COVID-19, bieten. Die Forscher waren jedoch ratlos, wie diese eine Struktur, die ER-Austrittsstelle, an all diesen vielfältigen Funktionen beteiligt sein kann.

In einem neue Studie veröffentlicht in EntwicklungszelleForscher des Janelia Research Campus des HHMI unter der Leitung von Ya-Cheng Liao, einem ehemaligen Postdoc im Lippincott-Schwartz-Labor und jetzt Assistenzprofessor an der Columbia University, verwendeten hochauflösende Lebendzellbildgebung und Volumenelektronenmikroskopie, um die Wirkung von Nährstoffen zu untersuchen Belastung der Austrittsstellen der Notaufnahme.

Das Team fand heraus, dass der Stress eine Reihe von Molekülen dazu veranlasst, zusammenzuarbeiten, um ER-Austrittsstellen zu Lysosomen zu leiten, wo sie zerstört werden – ein neuartiger Weg, den die Zelle nutzen könnte, um Aminosäuren freizusetzen, die für die Herstellung von Proteinen in der Zelle benötigt werden.

Zunächst zeigten die Forscher, wie die ER-Austrittsstellen an bestimmte Arten von Lysosomen abgegeben und von diesen aufgenommen werden, wenn den Zellen Nährstoffe fehlen.

Als nächstes erläuterte das Team, wie dieser Prozess abläuft. Es beginnt, wenn hungernde Zellen die Freisetzung von Kalzium aus Lysosomen auslösen. Dadurch wird ein Enzym, ALG2, an die ER-Austrittsstellen rekrutiert, wo es an eine Struktur namens COPII bindet, die am Hals befestigt ist, der das ER mit der ER-Austrittsstelle verbindet.

Diese Verbindung zwischen ALG2 und COPII löst einen Prozess namens Ubiquitinierung aus, der am Proteinabbau beteiligt ist. Ein Protein auf dem Lysosom, das daran beteiligt ist, Zellmaterial zur Organelle zur Zerstörung zu transportieren, erkennt das durch den Ubiquitinierungsprozess produzierte Ubiquitin und steuert die ER-Austrittsstelle zum Lysosom.

Am Lysosom angekommen bindet ALG2, das auf einer Seite an der ER-Austrittsstelle befestigt ist, auf der anderen Seite ein anderes Protein, ALIX. ALIX interagiert mit ESCRT, einem Proteinkomplex auf der Lysosomenoberfläche, der an der Nahrungsaufnahme beteiligt ist. Diese Interaktion führt dazu, dass die ER-Austrittsstelle und das Lysosom immer näher zusammenrücken, bis die ER-Austrittsstelle vom Lysosom verschlungen und aufgenommen wird.

Das Team untersuchte diesen Prozess nicht nur in lebenden Zellen, sondern rekonstruierte ihn auch in einem künstlichen System und bestätigte so, wie alle verschiedenen Komponenten zusammenarbeiten.

Die neue Arbeit beschreibt einen neuartigen Weg, den Zellen zur Stressbekämpfung nutzen. Diese Erkenntnisse könnten Forschern helfen, besser zu verstehen, wie Zellen und Organismen altern. Es könnte auch Licht auf andere Prozesse werfen, an denen die ER-Austrittsstellen beteiligt sind, einschließlich einer unkonventionellen Art und Weise, wie Viren über Lysosomen aus der Zelle transportiert werden, was Forschern bei der Entwicklung neuer Behandlungsmethoden helfen könnte.