Хотя человеческие клетки – достаточно хорошо изученный наукой объект, все же исследователи продолжают открывать новые удивительные секреты этой биологической машины. Недавно они нашли в клетках новую органеллу, которую назвали гемифусомой.
Как пишет издание Live Science, органеллы клетки, как и органы целого организма, являются специализированными структурами, которые выполняют определенные функции. Наблюдая за ворсинками, которые поддерживают форму клеток, Сехам Эбрахим, доцент Университета Вирджинии, и ее команда заметили новую структуру, которая постоянно появлялась на 3D-изображениях, которые они делали.
То, что сначала казалось артефактом снимков, после более детального изучения оказалось новой органеллой, которая может участвовать в сортировке, переработке и утилизации белков в клетках человека. Эбрахим сравнила гемифусому со снеговиком в шарфе. По крайней мере ее форма именно его и напоминает. Представьте себе маленькую круглую голову, прикрепленную к большему телу, между которыми есть тонкая граница. Диаметр недавно открытой органеллы составляет около 100 нанометров. Это меньше половины размера даже небольшой митохондрии, знаменитой энергетической станции клетки.
Ученые смогли наблюдать за гемифусомами, поскольку использовали для создания своих изображений метод, который называется криоэлектронной томографией (крио-ЭТ). Этот метод включал быстрое замораживание клеток из четырех выращенных в лаборатории клеточных линий, чтобы сохранить как можно больше их структур. Это позволило создавать четкие трехмерные изображения.
"Это как моментальный снимок во времени без каких-либо химических веществ или каких-либо пятен", – объяснила изданию Эбрахим. Используя этот метод визуализации, исследователи могли заглянуть внутрь клеток в "очень естественном состоянии". Ученая даже сравнила объект своего исследования с прозрачным стеклянным шариком.
В своей статье, опубликованной в журнале Nature Communications в мае, авторы работы написали, что ранее обнаружить гемифусомы мешали жесткие этапы обработки, которым подвергают клетки другие методы визуализации. Кроме того, при использовании других методов, которые используют визуализацию для изучения процессов в живой клетке, органелла, вероятно, была слишком мала, чтобы ее можно было увидеть. В лучшем случае, она имела вид размытого пятна, предположила Эбрахим.
Исследовательница и ее коллеги изучали конфигурацию везикул, которую они никогда раньше не наблюдали. Везикулы – это похожие на шары структуры, которые используются для транспортировки таких веществ, как белки и гормоны, внутри и между клетками. Новое исследование выявило две везикулы, слитые вместе с двухслойным барьером липидов между ними.
"Даже с точки зрения биофизики это прорыв, потому что с точки зрения биофизики люди всегда предполагали или теоретизировали, что везикулы могут существовать в этом полуслияном состоянии... но это был первый случай, когда это было фактически замечено в живой клетке", – объяснила Эбрахим. Это наблюдение вдохновило название гемифусома, поскольку гемифузия относится к частичному слиянию двух бишаров.
Эбрахим утверждает, что гемифусомы можно классифицировать как органеллы, поскольку они являются автономными функциональными единицами внутри клетки, в отличие от временных структур, которые появляются и быстро распадаются при формировании и распределении мембран. В статье она написала, что маловероятно, что гемифусомы являются артефактами КРИО-ЭТ.
Результаты Эбрахим "предполагают, что гемифусомы, которые удалось визуализировать, являются настоящими клеточными промежуточными продуктами, а не искажениями, вызванными замораживанием. Это объяснил Йи-Вэй Чанг, доцент кафедры биохимии и биофизики Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета. После того, как роль и функция гемифусом будут подтверждены в ходе дальнейших исследований, их можно будет признать отдельным классом промежуточных структур, которые выполняют часть процессов слияния в клетках млекопитающих, сказал Чанг Live Science в электронном письме.
С помощью своей текущей работы исследователи могут подтвердить, что гемифусома существует, но им еще предстоит определить точную роль органеллы, ее жизненный цикл или ее состав. Эбрахим выдвигает гипотезу, что гемифусомы являются предшественниками определенных типов везикул. Она считает, что открытые ее командой органеллы могут играть решающую роль в переработке или утилизации клеточных мембран, что важно для предотвращения накопления в клетках веществ, которые могут становиться мусором и мешать их работе, если позволять таким веществам накапливаться.
Исследователи считают, что более глубокое понимание того, как работают гемифусомы, может открыть новые возможности для понимания того, как проявляются такие заболевания, как болезнь Альцгеймера. Этот недуг связывают с неправильным очищением аномальных белковых бляшек в мозге, что со временем приводит к их накоплению. "Без криоэлектронной томографии мы пропустили бы это открытие", — сказал Эбрахим, добавив, что "вероятно, существует целый мир, который нам еще предстоит открыть".