Учёные раскрыли механизмы «избирательного самоедства» клеток

Автор: Pixabay/CC0 Public Domain

Аутофагия, что в переводе с греческого означает «самопоедание», является фундаментальным клеточным механизмом, сохраняющим здоровье клеток путём переработки и уничтожения изношенных или дисфункциональных компонентов. Этот процесс также играет ключевую роль в усилении иммунитета, активируясь при столкновении клеток со стрессорами, такими как голодание или инфекция, для устранения бактерий, вирусов и других угроз.

Учёные различают «неселективную аутофагию», которая без разбора очищает участки клеточного материала, и «селективную аутофагию», которая целенаправленно уничтожает поврежденные органеллы, неправильно свернутые белки или вторгшиеся патогены. Различные физиологические и экологические стрессы — от дефицита питательных веществ до химических токсинов и инфекций — могут активировать этот путь.

Хотя аутофагия крайне важна для здоровья клеток, её нарушение имеет серьёзные последствия, способствуя развитию таких заболеваний, как рак и нейродегенеративные расстройства.

В новом исследовании, опубликованном в Journal of Cell Biology, учёные из Университета Оттавы представили оптимизированную методику, которая выявляет новые сигнальные механизмы, регулирующие аутофагию в ответ на множество стрессовых условий, связанных с болезнями.

Обнаружив регуляторы аутофагии, специфичные для различных типов стресса, команда заложила основу для новых стратегий расшифровки молекулярной регуляции этого процесса — что потенциально ускорит перевод исследований из лаборатории в клиническую практику.

Кроме того, исследователи собрали обширный набор данных, предназначенный для поддержки междисциплинарных исследований, изучающих широкий спектр биомедицинских вопросов.

Амбициозное использование передовых технологий

Для решения этой задачи команда провела полногеномные CRISPR-скрининги кинома, чтобы определить различные сигнальные пути, управляющие различными формами аутофагии. Скрининг всего кинома с помощью CRISPR использует технологию pooled screening для систематического исследования функции протеинкиназ — ключевого семейства белков, регулирующих множество клеточных процессов.

Доктор Райан Рассел, соавтор исследования, отмечает, что киназы особенно привлекательны для разработки лекарств из-за их высокой «уязвимости для воздействия лекарствами», что делает их частыми мишенями для терапевтических вмешательств.

Трюк Лозье, аспирант лабораторий Русо и Рассела, разработал новый рабочий процесс, адаптированный для сравнительного картирования путей, задуманного исследователями. В то время как традиционный CRISPR-скрининг может охватывать весь геном и выявлять новые гены и пути, использование нескольких параллельных скринингов упрощает процесс валидации мишеней.

По словам доктора Рассела, новая методология команды включала четыре или пять генетических скринингов одновременно. Интегрируя результаты из этих множественных наборов данных, исследователи смогли провести прямые, органелл-специфичные сравнения.

Этот подход, тщательно реализованный Лозье, включал генерацию больших пулов генетически измененных клеток и их подвергание кратковременным, интенсивным стрессовым условиям продолжительностью всего около трёх-шести часов, в отличие от стандартного семидневного протокола, что позволило захватить ранние фазы аутофагии.

Доктор Рассел описывает масштаб и точность работы Лозье как исключительно амбициозные, с «огромным охватом анализа в очень остром окне». Исследование выявило масштаб уникальных регуляторных механизмов, ранее не наблюдавшихся в исследованиях аутофагии.

Помимо углубления понимания самой аутофагии, разработанная командой индивидуальная стратегия скрининга обещает быть полезной для исследователей из разных дисциплин, которые полагаются на интегрированные наборы данных и эксперименты с быстрым ответом.

Следующим шагом для команды Университета Оттавы будет изучение возможности использования обнаруженных киназ и сигнальных путей для регуляции врожденного иммунитета. «Мы хотели бы выяснить, можем ли мы фармакологически регулировать патогенную инфекцию с помощью некоторых из этих киназ», — говорит доктор Рассел.

Больше информации: Truc T. Losier et al, Identification of organelle-specific autophagy regulators from tandem CRISPR screens, Journal of Cell Biology (2025). DOI: 10.1083/jcb.202405138

Источник: University of Ottawa