Odkrycie białka odpowiedzialnego za fuzje komórek
Kasia Kuleszewicz | 2007-04-14
Większość komórek może istnieć i spełniać swoje funkcje jako pojedyncze struktury, bez konieczności łączenia się z sąsiadującymi komórkami. Fuzja mioblastów, prekursorów komórek mięśniowych, jest jednak kluczowym etapem podczas różnicowania się mięśni. Dlatego też odkrycie białka biorącego udział w fuzji komórek jest bardzo istotne i może doprowadzić do opracowania skuteczniejszych terapii chorób takich jak dystrofia mięśniowa Duschenne’a.
Siła i elastyczność komórek mięśniowych opiera się na ich łączeniu w wielojądrzaste syncytia komórkowe. Zapewnia to włóknom mięśniowym płynność ruchu i koordynację.
Dotychczasowe badania na muszce D. melanogaster ujawniły istnienie ścieżki sygnalizacyjnej, która przekazuje sygnał, od błony komórkowej do cytoszkieletu, inicjujący fuzję komórek. Białko kodowane przez gen sltr jest składową mioblastycznej kaskady prowadzącej do fuzji. Białko zostało nazwane Solitary (ang. Samotny) i jest ono ortologiem ssaczego białka współpracującego z WASP (białka regulującego powstawanie skupisk aktyny). Geny ortologiczne to takie geny które ewoluowały od wspólnego genu w procesie specjacji. Kodują one najczęściej białka o podobnych funkcjach.
Białko Solitary koordynuje ruch małych molekularnych „paczuszek” do powierzchni komórki. Komórki nie posiadające genu kodującego białko Solitery pozostają... samotne i nie są zdolne do fuzji z sąsiadującymi komórkami. Badania naukowców z Medycznego Instytutu Johnsa Hopkinsa zostały opublikowane w internetowym wydaniu magazynu Developmental Cell.
Jak się okazało białko, jedną z funkcji Solitary jest przemieszczanie się do miejsca gdzie zachodzi fuzja komórek przez specyficzny dla niego receptor Sns. Receptor służy jako pozytywny regulator polimeryzacji aktyny tym rejonie. Badania wykazały specyficzność komórkową względem Sltr kodującego Solitary i jego pośredniczącą działalność w polimeryzacji aktyny podczas fuzji mioblastycznej. Udowodniono także, że docelowa egzocytoza pęcherzyków przedfuzyjnych jest krytycznym etapem przed samą fuzją błon.
Naukowcy badali mięśnie embrionów D. melanogaster. Chcieli zidentyfikować molekularne sygnały, które powodują, że sąsiadujące ze sobą komórki łączą się. Odrzucali te embriony gdzie komórki nie łączyły się. Porównali następnie sekwencje nukleotydowe ze zdrowych embrionów z sekwencjami od embrionów z zaburzoną formacją syncytium komórkowych. W procesie tym został zidentyfikowany gen kodujący białko Solitary. Lokalizacja białka została ustalona przy użyciu mikroskopii fluorescencyjnej. W każdym przyszłym punkcie gdzie miała nastąpić fuzja widoczne były skupienia białka Solitary. Im bardziej poznany jest proces fuzji komórek, tym bardziej można nim manipulować i przekształcać dla korzyści człowieka.
Naukowcy odkryli także, że białko Solitary jest także przyłączone do szkieletu komórki. Poza pomocą strukturalną, białko to zapewnia wewnętrzną komunikację w komórce, stanowiąc „molekularną autostradę” po której i dzięki której mogą poruszać się inne białka i cząsteczki. Można było zaobserwować, że normalne komórki były zdolne do poruszania małych komórkowych przegródek do miejsca fuzji, podczas gdy komórki nie posiadające białka Solitary nie były w stanie kontrolować tego procesu i przegródki te były rozrzucone przypadkowo.
Kiedy dwie komórki łączą się ze sobą w procesie fuzji, muszą one przełamać "barierę" występującą między nimi. Tutaj znów swój udział zaznaczyło białko Solitary. Jak się okazało białko kontroluje miejsce gdzie ma nastąpić połączenie i "przełamanie bariery", tym samym zaznacza gdzie w komórce ma zostać wytworzona "molekularna autostrada". W tej roli, białko Solitary działa bardziej nie jak dostarczyciel, ale jak zarządca autostrady.
Zastosowanie wiedzy na temat fuzji komórek może przyczynić się do opracowania nowych terapii leczących dystrofie miotoniczne. Dystrofia Duchenne’a jest leczona poprzez wstrzykiwanie zdrowych komórek mięśniowych do organizmu pacjenta. Są one zaprojektowane tak że łączą się efektywnie z chorymi mięśniami i tym samym ratują je przed obumarciem. Wiedza na temat białka Solitary może natomiast sprowadzić do wynalezienia genetycznej terapii walczącej z tą chorobą.
Podsumowując, białko Solitary ma różnorodne funkcje w inicjowaniu fuzji komórek. Jego odkrycie ma duże znaczenie ze względu na potencjalne wykorzystanie w nowych terapiach różnych dystrofii mięśniowych.
Źródło:
Kim.S. et al. (2007) A Critical Function for the Actin Cytoskeleton in Targeted Exocytosis of Prefusion Vesicles during Myoblast Fusion. Developmental Cell 12:571- 586.
http://www.hopkinsmedicine.org/Press_releases/2007/04_10_07.html