Неожиданное открытие в клетках растений раскрывает потенциал борьбы со старением человека

Ученым известно об особой органелле растительных клеток уже более века. Однако исследователи Калифорнийского университета в Риверсайде (UCR) только сейчас обнаружили ключевую роль органелл в старении.

Аппарат Гольджи, также известный как тело Гольджи и комплекс Гольджи, представляет собой странную на вид органеллу, напоминающую сложенные листы макарон или слои глазури. Но он играет важную роль в сложных растительных и животных клетках, обрабатывая и упаковывая белки и липиды, прежде чем они будут транспортированы в другие части клетки или секретированы.

Это была неожиданная находка для итальянского биолога Камилло Гольджи в 1898 году, который в то время исследовал нервную систему, поэтому вполне уместно, что ученые UCR также наткнулись на определенный аспект органеллы в своем исследовании растений.

Первоначально ученые намеревались понять в более общем плане, какие части растительных клеток контролируют реакцию растений на стресс, вызванный такими факторами, как инфекции, слишком много соли или слишком мало света. По счастливой случайности они обнаружили эту органеллу, а белок, ответственный за ее поддержание, контролирует выживание растений, если их слишком часто оставлять в темноте.

Поскольку они не ожидали этого открытия, исследовательская группа была в восторге. «Для нас это открытие имеет большое значение», — сказала соавтор исследования Кэти Дехеш, профессор молекулярной биохимии в UCR. «Впервые мы определили огромную важность органеллы в клетке, которая ранее не участвовала в процессе старения».

Первоначально изучая, как растительные клетки кресс-салата (Резуховидка Таля, Arabidopsis thaliana) контролируют реакцию на стрессоры, такие как инфекция и плохой свет, исследователи обнаружили, что аппарат Гольджи и ключевой белок в нем играют большую роль в выживании клеток при воздействии внешнего стресса.

Консервативный олигометрический белок Гольджи (COG) помогает аппарату Гольджи присоединять сахара (углеводы) к другим белкам и липидам перед перемещением этих пакетов дальше. Этот процесс, гликозилирование, имеет решающее значение для функционирования клеток и многих биологических процессов, таких как сворачивание белков и функция адаптивного иммунного ответа.

«Гольджи похож на почтовое отделение клетки», — сказал ведущий автор Хисын Чой, исследователь кафедры ботаники и наук о растениях UCR. «Они упаковывают и отправляют белки и липиды туда, где они необходимы. Поврежденный аппарат Гольджи может создать путаницу и проблемы в деятельности клетки, влияя на то, как клетка работает и остается здоровой».

Продолжая аналогию, исследователи говорят, что белок COG — это почтовый работник, наблюдающий за движением «конвертов», которые перемещают другие молекулы по клетке.

Сосредоточившись на COG, исследователи модифицировали растения, чтобы они не могли производить белок естественным путем. Хотя растения нормально росли в оптимальных условиях, при недостатке света они быстро портились и не могли преобразовывать солнечный свет в сахар. Фактически, растения без COG увядали, желтели и выглядели близкими к смерти в три раза быстрее, чем немодифицированные экземпляры при таком же лишении света.

«В темноте мутанты COG проявляли признаки старения, которые обычно появляются у диких, немодифицированных растений примерно на девятый день», — говорят ученые. «Но у мутантов эти признаки проявились всего за три дня».

Однако после восстановления способности растения производить COG их симптомы ушли, и они стали напоминать «нормальные» экземпляры.

«С ними как будто ничего не случилось, когда мы обратили мутацию», говорят исследователи. «Эти ответы подчеркивают критическую важность белка COG и нормальной функции Гольджи в управлении стрессом».

Какое это имеет отношение к людям? В то время как растительные клетки имеют очевидные отличия от клеток животных, у всех нас, имеющих сложные – эукариотические – клетки, внутри каждой есть «почтовое отделение» аппарата Гольджи.

Предыдущие исследования показали, что сбои в человеческом комплексе COG, состоящем из восьми субъединиц белка COG, существенно влияют на важные биологические функции, такие как гликозилирование, сортировка белков и общая работа аппарата Гольджи. Нарушение и сбой регуляции гликозилирования Гольджи также участвуют в пролиферации раковых клеток и прогрессировании заболевания.

Теперь исследователи планируют изучить влияние нарушения этого пути в клетках человека и его потенциальную связь со старением и воздействием стресса. Потенциально таргетная терапия может укрепить здоровье клеток и защитить их от стрессовых факторов, которые могут вызвать преждевременное старение.

«Наше исследование не только расширяет знания о том, как стареют растения, но также может дать важные сведения о старении человека», — сказала Кэти Дехеш. «Когда белковый комплекс COG не работает должным образом, наши клетки могут стареть быстрее, точно так же, как мы наблюдали у растений, когда им не хватало света. Этот прорыв может иметь далеко идущие последствия для изучения старения и возрастных заболеваний».

Исследование было опубликовано в журнале Nature Plants.