Учёные обнаружили «переливной клапан» в клетках, связанный с болезнью Паркинсона

Учёные обнаружили клеточный «переливной клапан», который может открыть новые методы лечения болезни Паркинсона. (TMEM175 с точки зрения внутренней части лизосомы.) Автор: © O. Rauh

Исследователи выяснили, как загадочный ионный канал помогает клеткам расщеплять отходы, открывая новые возможности для лечения болезни Паркинсона.

Подобно тому, как раковины и ванны имеют переливные отверстия для предотвращения потопа, человеческие клетки, по-видимому, имеют аналогичную встроенную защиту. Новое исследование учёных из Университета прикладных наук Бонн-Рейн-Зиг, Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана, Дармштадтского технического университета и компании Nanion Technologies, опубликованное в PNAS, раскрывает эту защитную систему. Под руководством профессора Кристиана Гримма и доктора Оливера Рау команда расшифровала долгое время обсуждаемую функцию ионного канала TMEM175. Их выводы свидетельствуют о том, что внутри лизосом этот канал действует как переливной клапан, предотвращая чрезмерное закисление среды.

Лизосомы — это небольшие мембранные отсеки, которые служат центрами переработки клетки. Они расщепляют крупные молекулы на более простые строительные блоки, которые клетка может использовать повторно. Для правильной работы этого процесса лизосомы должны поддерживать кислую среду.

pH измеряет концентрацию протонов (H+) в растворе, и более низкие значения pH указывают на более высокий уровень протонов. Специализированный белок закачивает протоны в лизосомы для создания этой кислотности. Однако для поддержания правильного баланса требуются дополнительные белки, встроенные в лизосомальную мембрану. Исследование выделяет TMEM175 как ключевого игрока в тонкой настройке этого баланса.

Учёные полагают, что в здоровых клетках TMEM175 помогает поддерживать идеальный уровень кислотности, позволяя эффективно расщеплять отходы. Когда мутации нарушают работу этого канала, регуляция pH ухудшается. В результате белки не расщепляются должным образом, что может привести к гибели нервных клеток. Предыдущие исследования связывали проблемы в функции лизосом со старением и нейродегенеративными заболеваниями, такими как болезнь Паркинсона.

«Наше исследование устанавливает, что ионный канал TMEM175 играет здесь решающую роль», — говорит доктор Оливер Рау.

Ионный канал TMEM175 транспортирует калий и протоны

В течение многих лет учёные не были уверены, где именно в клетках находится TMEM175 и какую функцию он выполняет. Его простое название, которое расшифровывается как трансмембранный белок 175, отражает, как мало о нём изначально знали. Со временем интерес к TMEM175 вырос, поскольку появились доказательства его связи с нейродегенеративными заболеваниями, особенно с болезнью Паркинсона.

Исследователи в конечном итоге подтвердили, что TMEM175 является ионным каналом, который перемещает заряженные частицы через лизосомальную мембрану. Однако продолжались споры о том, транспортирует ли он в основном ионы калия или протоны, и как эти движения влияют на функцию клеток как в здоровом, так и в болезненном состоянии.

Датчик pH, регулирующий поток протонов

«Я работал со многими ионными каналами, и TMEM175, безусловно, самый странный из них», — говорит доктор Оливер Рау, перешедший из Дармштадтского технического университета в Университет прикладных наук Бонн-Рейн-Зиг для работы в исследовательском сотрудничестве CytoTransport. — «Когда мы начали проект около шести лет назад, предполагалось, что TMEM175 является калиевым каналом. Его функция была совершенно неизвестна. Теперь нам удалось продемонстрировать, что TMEM175 проводит не только ионы калия, но и протоны, и, таким образом, непосредственно участвует в регуляции pH — то есть концентрации протонов — внутри лизосом».

«Большинство экспериментов проводилось с использованием метода patch clamp», — объясняет Кристиан Гримм, эксперт по методам измерения электрической активности в лизосомальных мембранах.

«Наши выводы создают важную основу для лучшего понимания функциональных процессов в лизосомах и функции канала TMEM175, которая до сих пор оспаривалась», — говорят авторы. — «В то же время наши знания о белке TMEM175 предлагают многообещающую мишень для разработки лекарств для лечения или предотвращения нейродегенеративных заболеваний, таких как болезнь Паркинсона».