Учёные открыли белок, который передаёт ферменты как эстафетную палочку

Как эстафетный бегун: белок PEX39 (фиолетовый) переносит ферменты (жёлтые) как палочку к пероксисомам. Там груз транспортируется через мембрану другим PEX-белком. Автор: Даниэль Вендсчек

Международная группа исследователей обнаружила новый белок, который специализируется на транспортировке ферментов в пероксисомы. Его механизм действия необычен: он работает как эстафетный бегун.

Пероксисомы можно описать как крошечные пузырьки, заполненные ферментами, которые присутствуют во всех клетках, особенно в клетках печени. Они участвуют в различных важных метаболических реакциях, включая расщепление жирных кислот и образование биомембран, таких как миелиновая оболочка нервных волокон. Также они помогают детоксикации клеток, расщепляя вредную перекись водорода.

Если пероксисомы работают неправильно или отсутствуют, это может привести к серьёзным последствиям, как, например, при заболеваниях спектра Цельвегера. Эти редкие наследственные нарушения влияют на функции печени, почек, мозга и других органов. Люди с тяжёлой формой обычно живут всего несколько месяцев.

Хотя о пероксисомах известно многое, ключевые вопросы об их функционировании остаются без ответа. Профессор Беттина Варшейд, руководитель кафедры биохимии II в Университете Юлиуса-Максимилиана (JMU) в Вюрцбурге, вместе со своей командой пытается найти ответы. Их исследование, проведённое совместно с коллегами из США и Португалии, опубликовано в журнале Nature Cell Biology.

Белок действует как эстафетный бегун

Речь идёт о механизме, с помощью которого пероксисомы импортируют определённые ферменты — без них они не смогли бы расщеплять жирные кислоты. За этот процесс отвечают специальные белки, называемые пероксинами (PEX).

«Мы обнаружили новый пероксин, PEX39, который участвует в импорте ферментов через ранее неизвестный механизм», — говорит Даниэль Вендсчек, первый автор публикации и аспирант команды Варшейд. Это открытие уникально, так как за последние 20 лет не было описано ни одного нового человеческого пероксина.

Принцип работы PEX39 можно сравнить с эстафетным бегуном: он захватывает ферменты, переносит их как палочку к пероксисомам и передаёт следующему «бегуну» транспортной цепи на мембране пероксисомы.

Первая подсказка из дрожжевых клеток

Строго говоря, белок PEX39 не является абсолютно новым открытием. Его существование было известно ещё с момента расшифровки генома человека. Однако до сих пор никто не мог сказать, где именно в организме он находится и какую роль играет.

Команда Варшейд обнаружила этот белок, который присутствует в организме в крайне малых количествах, с помощью масс-спектрометрического анализа белковых комплексов дрожжей.

«На основе этого анализа мы получили первое указание на то, что он может играть роль в пероксисомах», — говорит Вендсчек. Подтверждение пришло с созданием специальной мутантной дрожжевой культуры, у которой отсутствовал PEX39. Она очень плохо росла на олеиновой кислоте как источнике углерода — а в дрожжевых клетках олеиновая кислота метаболизируется исключительно в пероксисомах. Многие дрожжевые белки почти идентичны человеческим, и последующие исследования на человеческих клетках подтвердили важность PEX39 для импорта пероксисомальных ферментов.

Помимо команды Варшейд, значительный вклад в исследование внесли: профессор Ральф Дж. ДеБерардинис и доктор Уолтер У. Чен из Центра человеческого роста и развития Юджина Макдермотта (США), а также профессор Жорже Азеведо и доктор Тони Родригес из Университета Порту (Португалия).

Группа Варшейд продолжит изучение PEX39. Результаты могут помочь учёным лучше объяснить плохо изученные до сих пор паттерны заболеваний.

Сначала, однако, исследователи из Вюрцбурга сосредоточатся на детальном изучении вновь открытого функционального механизма PEX39 на структурном уровне. «Хотя пероксисомы были открыты 70 лет назад, они всё ещё хранят множество загадок», — говорит профессор JMU. «Наша цель — разгадать эти загадки с помощью новейших методов высокоточной масс-спектрометрии и структурного анализа».

Дополнительная информация: PEX39 facilitates the peroxisomal import of PTS2-containing proteins, Nature Cell Biology (2025). DOI: 10.1038/s41556-025-01711-z. www.nature.com/articles/s41556-025-01711-z