Buňky mají krystalový spouštěč, díky kterému se při invazi virů samy zničí

Buňky mají krystalový spouštěč, díky kterému se při invazi virů samy zničí

Podle Viviane Callier upravil zeptal se Lewis

Imunitní systém má těžký úkol: Když malý virus napadne jednu z našich buněk, tato buňka ho musí detekovat a během několika minut se rozhodnout, co dělat. Pokud se buňka rychle sama zničí, zabrání to šíření viru po celém těle. Ale taková reakce na falešný poplach bude znamenat, že buňka zbytečně zemře.

Nyní vědci zjistili, že zvláštní skupina asi 100 imunitních proteinů visí uvnitř každé buňky v těle, kde tyto proteiny nedělají nic jiného, ​​než že čekají. Poté, když virus pronikne dovnitř, zasadí krystal a proteiny se kolem něj okamžitě shluknou a vytvoří lešení pro enzymy známé jako kaspázy, které aktivují a okamžitě iniciují buněčnou smrt. (Kaspázy musí být spojeny, aby buňku zabily; je to jejich vzájemná blízkost, která je aktivuje.) Druh buněčné smrti způsobený tímto mechanismem se nazývá pyroptóza a na rozdíl od apoptózy (programovaná buněčná smrt) spouští zánět.

„To, co jsme v podstatě našli, je, že buňky doslova neustále čekají na smrt,“ říká Randal Halfmannpřidružený vyšetřovatel ve Stowers Institute for Medical Research. Halfmann dohlížel na dílo, které vyšlo v r eLife v září.

O podpoře vědecké žurnalistiky

Pokud se vám tento článek líbí, zvažte podporu naší oceňované žurnalistiky předplatné. Zakoupením předplatného pomáháte zajistit budoucnost působivých příběhů o objevech a nápadech, které formují náš dnešní svět.

Historicky vědci studovali složené struktury proteinů, aby porozuměli jejich funkci individuálně. Ale „jsme v této explozi objevů a uvědomujeme si, že tyto jednotlivé molekuly, které jsme tak dobře studovali, se spojují do větších struktur, které nejsou vázány membránami,“ říká D. Allan Drummondmolekulární biolog z Chicagské univerzity, který se na studii nepodílel. Toto nové chápání podnítilo „nové způsoby myšlení o buněčných funkcích a rozhodování buněk, nové způsoby, jak ukládat energii atd.

Studie, která byla provedena na živých kvasinkových buňkách a lidských buněčných liniích, ilustruje, jak proteiny působí společně vytvořením krystalu, který shromažďuje kaspázy dohromady, aby aktivoval program buněčné smrti a umožnil buňce učinit rychlé rozhodnutí o životě nebo smrti. Poskytuje také příklad toho, jak mohou být shluky pevných proteinů, o kterých se obvykle předpokládá, že jsou patologické (například u Alzheimerovy choroby), nezbytné pro fungování: „Aby byly užitečné, jejich celým úkolem je být tato nevratná, z kopce, spontánní reakce, která umožňuje buňce činit rozhodnutí, která zahrnují zabíjení buňky,“ říká Drummond. Klíčová je rychlost rozhodnutí: pokud se buňka spoléhá na tradičnější signální dráhy, které aktivují geny v reakci na infekci, agilní virus by mohl převzít kontrolu nad mechanismem buněčné tvorby proteinů dříve, než bude mít buňka šanci reagovat.

Ačkoli strukturální biologové studovali tento druh chování proteinů ve zkumavkách, „co skutečně chybělo: ‚Opravdu se to děje v buňce?’“ říká Bostjan Kobeproteinový strukturní biolog na University of Queensland v Austrálii. „Proto byla (Halfmannova) práce opravdu zajímavá – protože přišla na problém ze zcela jiného úhlu.“

Halfmannův tým pozoroval, že tyto imunitní proteiny obvykle zůstávají rozpustné, ale že po dostatku času – v průběhu života – spontánně vykrystalizují a selžou způsobem, který vede k buněčné smrti a zánětu. „To znamená, že pokud budete čekat dostatečně dlouho, každá buňka tímto mechanismem zemře, protože i když se virus do buňky nedostane, stane se to s určitou frekvencí spontánně,“ říká Halfmann. (Samozřejmě, že buňky mohou nejprve zemřít jinými mechanismy, jako je apoptóza.)

Halfmannův tým kvantifikoval hnací sílu krystalizace těchto proteinů v různých typech lidských buněk a zjistil, že jejich koncentrace koreluje s rychlostí buněčného obratu v našem těle. Například některé krvinky jsou nahrazeny každých několik dní, zatímco neurony často vydrží celý život. Čím rychleji se buňky normálně obrátí, tím více těchto imunitních proteinů mívají, což naznačuje, že tento proces spontánní aktivace může být zodpovědný za jejich zabíjení.

Tyto výsledky naznačují, že tyto imunitní proteiny mohou přispívat k zánětu nízkého stupně, který doprovází stárnutí. Hledání způsobů, jak zabránit krystalizaci proteinů, by mohlo potenciálně prodloužit životnost buněk a snížit záněty související se stárnutím, ale kompromisem by byl slabší imunitní systém, říká Halfmann.

Tato vlastnost imunitního systému je velmi stará. Vyskytuje se u nejranějších zvířat, jako jsou houby, a dokonce existuje i v bakteriích, od kterých jsme ho pravděpodobně zdědili. Konkrétně se vyskytuje v některých bakteriích, které žijí v těsně provázaných komunitách. „Pokud jste jednobuněčný organismus, nemáte chuť se zabít,“ říká Halfmann. „Ale když jste součástí komunity a jste kompromitováni fágem (virem, který zabíjí bakterie), pak má absolutně smysl zabít se, protože jste příbuzní se všemi kolem vás, a to je místo, kde se tyto proteiny, jak se zdá, vyvinuly.“

Je čas postavit se za vědu

Pokud se vám tento článek líbil, rád bych vás požádal o podporu. Scientific American sloužil jako obhájce vědy a průmyslu již 180 let a právě teď může nastat nejkritičtější okamžik v této dvoustoleté historii.

Byl jsem a Scientific American předplatitel od mých 12 let a pomohlo mi to utvářet můj pohled na svět. SciAm vždy mě vzdělává a těší a vzbuzuje úctu k našemu obrovskému, krásnému vesmíru. Doufám, že to udělá i vám.

Pokud vy přihlásit se k odběru Scientific Americanpomáháte zajistit, aby se naše pokrytí soustředilo na smysluplný výzkum a objevy; že máme zdroje na podávání zpráv o rozhodnutích, která ohrožují laboratoře v USA; a že podporujeme začínající i pracující vědce v době, kdy hodnota samotné vědy příliš často zůstává nepoznaná.

Na oplátku získáte zásadní zprávy, strhující podcastyskvělá infografika, nepřehlédnutelné newsletteryvidea, která musíte vidět, náročné hrya nejlepší vědecké psaní a zpravodajství. Můžete dokonce darovat někomu předplatné.

Nikdy nebyl důležitější čas, abychom vstali a ukázali, proč na vědě záleží. Doufám, že nás v této misi podpoříte.