Naukowcy z EMBL Heidelberg i Uniwersytetu Wirginii odkryli intrygujący mechanizm, dzięki któremu komórki przystosowują się do głodu, co może mieć znaczące implikacje dla badań nad rakiem.
Co zestresowane drożdże mogą ujawnić na temat podstawowych procesów komórkowych? Według naukowców z Europejskiego Laboratorium Biologii Molekularnej (EMBL) całkiem sporo. Zespół bada między innymi sposób, w jaki komórki przystosowują się do stresu, takiego jak brak składników odżywczych. Jednym z ich ulubionych obiektów testowych są drożdże gatunek S. pombe, od wieków stosowane w tradycyjnym browarnictwie. Jako eukariont jest pod wieloma względami podobny do komórek ludzkich, dlatego biolodzy często wykorzystują go jako organizm modelowy do badania podstawowych procesów komórkowych.
W głodnych komórkach rybosomy odwracają się do góry nogami
Naukowcy zaobserwowali, że komórki drożdży wykazują niezwykłą adaptację do głodu: ich mitochondria pokrywają się rojem masywnych kompleksów molekularnych zwanych rybosomami. Zaintrygowany tym dziwnym zjawiskiem zespół Mattei w EMBL Heidelberg i Jomaa Lab na Wydziale Lekarskim Uniwersytetu Wirginii zbadały je bardziej szczegółowo za pomocą kriomikroskopii elektronowej i kriotomografii elektronowej pojedynczych cząstek.
Rybosomy to ciężka maszyneria molekularna komórki, która wytwarza białka. Okazało się jednak, że w głodnych komórkach drożdży rybosomy gromadzące się na powierzchni mitochondriów nic nie produkują. Hibernują.
„Jednym ze sposobów, w jaki komórka może przetrwać stresujące warunki do lepszych czasów, jest ograniczenie zużycia energii do minimum” – wyjaśnił Olivier Gemin, pracownik naukowy EIPOD w zespole Mattei, który kierował tym nowym badaniem. „Wytwarzanie białek wymaga dużo energii, którą można zaoszczędzić poprzez blokowanie rybosomów”.
Dlaczego hibernujące rybosomy przyczepiają się do powierzchni mitochondriów, pozostaje tajemnicą.
„Mogą istnieć różne wyjaśnienia” – powiedziała liderka zespołu Simone Mattei. „Wygłodzona komórka w końcu zacznie się trawić, więc rybosomy mogą pokrywać mitochondria, aby je chronić. Mogą się także przyłączać, uruchamiając kaskadę sygnalizacyjną wewnątrz mitochondriów”.
Inna możliwość, którą bada Mattei, wiąże się z faktem, że głodujące komórki potrzebują sposobu, aby szybko rozpocząć produkcję energii, gdy żywność (w postaci glukozy) będzie znów dostępna. Ponieważ mitochondria są producentami energii komórki, obecność w pobliżu rybosomów wytwarzających niezbędne białka może pomóc w tym procesie.
Naukowcom opadła szczęka, gdy zauważyli, że rybosomy przyczepiają się do zewnętrznej błony mitochondrialnej w sposób sprzeczny z tym, co wiedziano o nich wcześniej.
„Do tej pory wiadomo było, że rybosomy oddziałują z błonami jedynie za pośrednictwem swojej dużej podjednostki. Ale w wygłodzonych komórkach widzieliśmy, że robią to do góry nogami, za pośrednictwem małej podjednostki!” powiedział Mattei.
W przyszłych badaniach zespół zbada, w jaki sposób i dlaczego rybosomy przyłączają się w tak niezwykły sposób.
Komórki nowotworowe przechodzą przez piekło, które same tworzą
Walka wygłodzonych komórek drożdży jest w pewnym stopniu podobna do walki komórek nowotworowych.
Wierzcie lub nie, ale bycie komórką nowotworową jest naprawdę trudne. Kiedy guz staje się agresywny, jego komórki rosną tak szybko, że ich zapotrzebowanie na składniki odżywcze i tlen przewyższa podaż. Oznacza to, że większość komórek nowotworowych nieustannie głoduje w piekle, które same sobie tworzą.
Mimo to przeżywają, a nawet rozmnażają się.
„Dlatego musimy zrozumieć podstawy adaptacji do głodu oraz sposób, w jaki komórki przechodzą w stan uśpienia, aby przetrwać i uniknąć śmierci” – powiedział Ahmad Jomaa, adiunkt i kierownik grupy w Szkole Medycznej Uniwersytetu Wirginii oraz starszy współautor badania. „W tym celu najpierw używamy drożdży, ponieważ możemy nimi znacznie łatwiej manipulować. Poza tym staramy się także głodzić hodowane komórki nowotworowe, co nie jest łatwe, aby dowiedzieć się, w jaki sposób przezwyciężają głód i czasami mogą prowadzić do nawrotu raka”.
Zrozumienie zasad tej adaptacji może pomóc nam znaleźć sposoby na jej pokonanie, czyniąc komórki nowotworowe podatnymi na głód, a tym samym bardziej podatnymi na leczenie.
Odniesienie: „Rybosomy hibernują na mitochondriach podczas stresu komórkowego” Olivier Gemin, Maciej Gluc, Higor Rosa, Michael Purdy, Moritz Niemann, Yelena Peskova, Simone Mattei i Ahmad Jomaa, 8 października 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-52911-4
Badanie zostało sfinansowane przez program Searle Scholars, American Cancer Society, Uniwersytet Wirginii i Europejskie Laboratorium Biologii Molekularnej.
