Система восстановления блоков клеток для слияния воедино

Слияние двух клеток — решающее событие в половом размножении многих организмов. У грибов клетки должны не только сближать свои мембраны и сливать их, но и локально раскрывать свою защитную клеточную стенку. Исследование, проведенное в Женевском университете (UNIGE), показывает, как механизм, препятствующий восстановлению клетками своей стенки в месте слияния, делает этот процесс необратимым. Эти результаты, опубликованные в журнале Current Biology, дают новое представление о том, как клетки координируют механизмы слияния и восстановления, и в конечном итоге могут открыть новые возможности для воздействия на клеточную стенку патогенных грибов.

В отличие от клеток животных, клетки грибов окружены жесткой клеточной стенкой. Эта структура защищает их и позволяет им противостоять внутреннему давлению, оказываемому их клеточным содержимым. Когда две клетки сливаются, особенно во время полового размножения, эта стенка должна локально разрушаться, чтобы мембраны двух клеток могли слиться. После завершения этого этапа слияние обычно продолжается до тех пор, пока не образуется единственная клетка.

Необратимый синтез

Однако, поскольку целостность клеточной стенки необходима для выживания клеток, ее постоянно контролируют, чтобы запустить механизмы восстановления в ответ на повреждение. Существование этих двух явно противоположных процессов побудило команду Софи Мартин, профессора секции биологии факультета естественных наук UNIGE, исследовать, как клетки мешают своей системе восстановления перестроить стенку во время слияния клеток.

Команда изучила Schizosaccharomyces pombe, одноклеточные дрожжи, широко используемые в качестве модельного организма для понимания фундаментальных клеточных механизмов. Ранее исследователи идентифицировали мутантные дрожжи, лишенные фермента Pak2, которые демонстрируют временное слияние: клетки ненадолго сливаются и начинают обмениваться клеточным содержимым, а затем снова разделяются, что приводит к катастрофическим последствиям для клеток.

Биологи заметили, что в нормальных клетках фермент Pak2 накапливается именно в месте слияния двух клеток. Его активность способствует открытию и последующему расширению «поры слияния», отверстия, которое позволяет клеточному содержимому переходить из одной клетки в другую.

«Однако, когда Pak2 отсутствует, процесс иногда может стать обратимым: клетки начинают сливаться, обмениваться своим содержимым, а затем закрывать соединяющее их отверстие. В этих клетках мы наблюдаем, что механизмы, обычно отвечающие за мониторинг и восстановление клеточной стенки, становятся особенно активными в месте слияния», — объясняет Джулия Коронас-Серна, бывший постдокторант группы Софи Мартин и первый автор исследования.

Восстановленная стена после неудачного слияния

Используя передовые методы визуализации, ученые наблюдали внутреннюю организацию клеток, в которых отсутствует фермент Pak2, особенно в том месте, где две клетки соприкасаются. «После закрытия поры слияния в этих мутантных клетках мы наблюдаем образование новой клеточной стенки на границе между двумя клетками. Другими словами, когда механизмы, предотвращающие восстановление, отсутствуют, клетка может буквально восстановить разделение, которое она начала разрушать», — объясняет Софи Мартин.

Выявив механизмы, которые контролируют баланс между восстановлением клеточной стенки и ее локализованной деградацией во время слияния, эти результаты открывают новые возможности для поиска противогрибковых стратегий. Клеточная стенка является основной мишенью многих методов лечения патогенных грибов, таких как Candida и Aspergillus, которые вызывают инфекции у человека. Лучшее понимание механизмов, регулирующих его образование и восстановление, в конечном итоге может помочь идентифицировать новые молекулы, способные нарушить эти процессы.