Вчені розгадують таємницю виживання клітин

Дослідники з Інституту імунології Ла-Хойя (LJI) нарешті виявили роль ферменту під назвою O-GlcNAc трансфераза (OGT) у підтримці здоров’я клітин. Висновки, які були опубліковані в Proceedings of the National Academies of Sciences, пропонують важливе розуміння клітинної біології та можуть прокласти шлях до значних медичних проривів.

«Багато захворювань пов’язані з функцією OGT», — каже інструктор LJI Сян Лі, доктор філософії, який був першим автором нового дослідження. «Наприклад, багато досліджень показали аномальну функцію OGT при раку, діабеті та серцево-судинних захворюваннях».

Нове дослідження, очолюване Лі та спільно очолюване професором LJI Анжаною Рао, доктором філософії, та асистентом професора LJI Семюелем Майерсом, доктором філософії, є першим, яке показало, що OGT контролює виживання клітин, регулюючи критичний білок під назвою mTOR. Клітини покладаються на mTOR, щоб підтримувати роботу своїх мітохондріальних електростанцій. Без функціонального mTOR клітини не виконують майже всі свої основні функції, від синтезу білка до клітинної проліферації. Не дивно, що дисфункція mTOR також є ознакою багатьох захворювань.

«OGT важливий для кожної клітини в організмі», — пояснює Майерс. «Завдяки цьому дослідженню ми тепер маємо модель, яку ми можемо використовувати для майбутніх досліджень того, що робить кожна частина OGT».

Єдиний OGT

OGT — це фермент, який називається трансферазою. Цей тип ферменту виконує роботу, яка називається глікозилюванням, коли молекули цукру додаються до нещодавно синтезованих білків. OGT є унікальною серед трансфераз, оскільки вона модифікує білки в клітинах, а не білки на поверхні клітини або секретовані білки. Насправді робота OGT щодо глікозилювання настільки важлива, що ембріональні клітини загинуть без неї. Але досі вчені не знали чому.

Як пояснює Майєрс, основоположний характер OGT робить його таким важким для вивчення. Вчені зазвичай вивчають ферменти та інші білки, розвиваючи клітини, у яких відсутні гени для цих білків. Вони генерують нові нефункціональні клітини, а потім досліджують, чому все пішло не так.

Але з OGT такий експеримент закінчився б, навіть не розпочавшись. Оскільки існує лише один OGT, вчені не змогли видалити його чи зменшити його функцію, просто не вбивши ті самі клітини, які їм потрібно вивчати. «Ми знали, що OGT має важливе значення для виживання клітин, але понад 20 років ми не знали чому», — каже Лі.

Для нового дослідження Лі зміг обійти цю проблему, використовуючи індуцибельну систему для видалення гена OGT. Він працював з ембріональними стовбуровими клітинами миші, а потім використав індуцибельну версію білка, відомого як Cre, щоб видалити ген OGT. Це означало, що клітини могли нормально рости, поки вчені не вирішили активувати процес, після чого клітини, які втратили ген OGT, почали припиняти проліферацію та гинути. Команда виявила, що видалення гена OGT призвело до аномального збільшення функції ключового ферменту під назвою mTOR, який регулює клітинний метаболізм. Видалення гена OGT також викликало важливий, але потенційно небезпечний процес у клітинах, який називається мітохондріальним окисним фосфорилюванням.

Чому мітохондріальне окисне фосфорилювання таке небезпечне? Цей процес у клітинах є частиною делікатного шляху, який дозволяє клітинам виробляти АТФ (молекулу, яка живить клітину). АТФ може вироблятися шляхом гліколізу, а також шляхом мітохондріального окисного фосфорилювання, і порушення цього балансу може мати руйнівні наслідки для клітин.

На щастя, OGT захищає активність mTOR і мітохондріальну пристосованість, підтримуючи синтез білка та регулюючи рівень амінокислот у клітинах. Важливо, що дослідники виявили однакову захисну роль OGT у CD8+ T-клітинах, що свідчить про те, що фермент однаково діє на всі типи клітин ссавців, а не лише на ембріональні стовбурові клітини миші.

Дослідники на допомогу

Навіть дисфункціональні клітини, у яких відсутній OGT, не були приречені назавжди. Вчені змогли «врятувати» дисфункціональні клітини за допомогою нової передової технології редагування генів під назвою CRISPR/Cas9. Запитавши, чи може другий ген у мишачих ембріональних стовбурових клітинах відновити ріст клітин без OGT, Лі виявив, що mTOR і мітохондріальне окисне фосфорилювання були гіперактивовані в клітинах без OGT, і клітини можна було врятувати, послабивши їхню функцію.

Це хороша новина для вчених, які сподіваються дізнатися більше про роль OGT в організмі. «Тепер, коли ми можемо видалити ген OGT, зберігаючи клітини живими, ми можемо спробувати відновити лише шматочки OGT, щоб дізнатися більше про те, як OGT працює, щоб підтримувати клітини живими», — каже Майєрс.

Лі каже, що його нове відкриття може дозволити дослідникам продовжити вивчення ролі OGT і потенційно знайти терапевтичні цілі для протидії аномальній активності. «У майбутньому ми сподіваємося, що наше дослідження допоможе пролити світло на проблеми, пов’язані з дисфункцією OGT при раку та інших захворюваннях», — говорить Лі.