Ученые раскрыли, как клетки управляют производством белков через взаимодействие органелл

мРНК секретома (кодирующие секреторные белки) транслируются в эндоплазматическом ретикулуме и демонстрируют ограниченное движение. Источник: Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09718-0

Исследователи из кампуса Джэнелия Медицинского института Говарда Хьюза открыли новый механизм, с помощью которого две структуры внутри клеток — эндоплазматический ретикулум (ЭПР) и лизосомы — координируют производство белков. Это открытие подчеркивает, насколько важны взаимодействия между органеллами для регуляции клеточных процессов. Исследование опубликовано в журнале Nature.

Внутри каждой эукариотической клетки находится обширная и динамичная сеть, известная как эндоплазматический ретикулум. Пронизывая цитоплазму, этот сложный континуум трубочек, соединений и уплощенных мешочков является не пассивным каркасом, а центром биосинтетической активности. Поверхности ЭПР покрыты рибосомами — молекулярными структурами, которые транслируют мРНК, кодирующие секреторные и мембранные белки, составляющие почти треть протеома человека.

В отличие от мРНК в цитоплазме клетки, эти мРНК секретома (кодирующие секреторные белки) должны координировать трансляцию, транслокацию и сворачивание в реальном времени. Как только удлинение полипептидной цепи замедляется или начинается неправильное сворачивание, клетка быстро реагирует, активируя стрессовые пути, которые изменяют процесс трансляции.

Эта сложность заставила ученых задуматься, не настроена ли архитектура ЭПР для обеспечения такой точности.

Теперь исследователи под руководством Хиджуна Чоя, научного сотрудника лаборатории Липпинкотт-Шварц, выявили этот механизм.

С помощью визуализации отдельных молекул мРНК секретома (кодирующие секреторные белки) в живых клетках исследователи обнаружили, что трансляция далека от случайной. Вместо этого она происходила в определенных субдоменах ЭПР. Эти участки были отмечены белком Лунапарк, который стабилизирует соединения ЭПР в местах схождения трубочек, а также в областях, прилегающих к лизосомам — клеточным органеллам, которые накапливают и высвобождают аминокислоты, составляющие белки.

Новое исследование показало, что при истощении запасов Лунапарка эти «горячие точки» трансляции исчезали, рибосомы рассеивались, а синтез белков ослабевал. Примечательно, что трансляция восстанавливалась под действием вещества ISRIB, которое ингибирует стресс-индуцированную остановку трансляции через путь eIF2, что указывает на то, что влияние Лунапарка осуществляется через стресс-чувствительный механизм.

Еще более неожиданным был вклад лизосом. Во время голодания по аминокислотам трансляционная активность вблизи лизосом усиливалась, как если бы лизосомальные сигналы локально усиливали синтез белка. Нейтрализация кислотности лизосом отменяла этот всплеск, показывая, что органелла оказывает регулирующее влияние на трансляцию в соседнем ЭПР.

Вместе эти наблюдения раскрывают новое, тонко настроенное партнерство между ЭПР и лизосомами, которое напрямую связывает восприятие питательных веществ и стрессовую сигнализацию с местами биогенеза белка. С этой точки зрения, формирование Лунапарком соединений ЭПР и метаболическая сигнализация лизосом переплетаются, чтобы управлять тем, когда и где производятся секреторные и мембранные белки.

Эндоплазматический ретикулум часто называют «фабрикой» клетки, а лизосомы — ее «системой утилизации». Открытие их тесного сотрудничества в регуляции синтеза белка открывает новые перспективы для понимания клеточного метаболизма и разработки методов лечения заболеваний, связанных с нарушением белкового гомеостаза.

Больше информации: Хиджун Чой и др., Secretome translation shaped by lysosomes and lunapark-marked ER junctions, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09718-0