Прямой перенос липидов из плазматической мембраны в ЭПР опережает везикулярный транспорт, показывает исследование

от

Институт молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка провёл исследование, которое показало, что направленный, невезикулярный транспорт липидов способствует быстрой, видоспецифичной сортировке липидов, опережая более медленный и менее специфичный везикулярный транспорт, и позволяет создать количественную карту ретроградного транспорта липидов в клетках.

Тысячи видов липидов занимают отдельные мембраны органелл

Тысячи видов липидов занимают различные мембраны органелл, и различия в их функциях определяют работу клеток. Возможности визуализации в живых клетках ограничены, что затрудняет понимание того, как отдельные липиды перемещаются между органеллами для выполнения этих функций.

Биосинтез липидов начинается в эндоплазматическом ретикулуме

Биосинтез липидов начинается в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР), затем они распределяются к плазматической мембране и впоследствии рециркулируются обратно в ЭПР или подвергаются катаболизму в лизосомах, пероксисомах и митохондриях.

Предыдущие исследования отслеживали некоторый антероградный поток

Предыдущие исследования отслеживали некоторый антероградный поток с помощью метаболической маркировки и фракционирования, в то время как ретроградные пути для отдельных видов остаются менее изученными, за исключением сфингомиелина.

Количественная визуализация транспорта липидов в клетках млекопитающих

В исследовании, опубликованном в журнале Nature, учёные измерили ретроградный транспорт и метаболизм отдельных видов липидов, используя визуализацию с временным разрешением флуоресценции бифункциональных липидных зондов в сочетании с ультравысокоразрешающей масс-спектрометрией и математическим моделированием.

Клетки U2OS служили основной системой для загрузки липидов и визуализации

Клетки U2OS служили основной системой для загрузки липидов и визуализации, а клетки HCT116 и генетические нокдауны использовались для механистических тестов. Исследователи ввели бифункциональные липиды в плазматическую мембрану с помощью носителя — циклодекстрина, затем зафиксировали их на месте ультрафиолетовым светом и пометили химически для визуализации.

Зонды сообщали как о местоположении, так и о метаболической судьбе, охватывая фосфатидилхолин, фосфатидную кислоту, фосфатидилэтаноламин и сфингомиелин, причём варианты различались по насыщенности цепей и положению.

Визуализация позволила отнести липидные сигналы к конкретным органеллам, а масс-спектрометрия отслеживала их химические превращения. Математические модели сравнивали прямой перенос липидов из плазматической мембраны в ЭПР с везикулярными путями через эндосомы и Гольджи.

Результаты исследования

Полиненасыщенные фосфатидилхолин, фосфатидная кислота и фосфатидилэтаноламин появлялись в ЭПР почти сразу после загрузки, в то время как насыщенные фосфатидилхолин и сфингомиелин задерживались в плазматической мембране и эндосомах. Прямой перенос липидов из плазматической мембраны в ЭПР опережал везикулярное движение через эндосомы в 11 раз.

Фосфатидилэтаноламин перемещался быстрее всего, за ним следовали полиненасыщенные фосфатидилхолин и сфингомиелин, а насыщенные фосфатидилхолины двигались медленнее всего. В группе фосфатидилхолинов ненасыщенные виды перемещались в семь раз быстрее, чем насыщенные, а цепи, расположенные в положении sn-2, перемещались в два раза быстрее, чем в положении sn-1.

Блокирование везикулярного транспорта не помешало липидам достичь ЭПР на ранних этапах, хотя сфингомиелин позже накапливался в эндосомах. Удаление CPTP сократило доставку сфингомиелина в ЭПР почти наполовину, с меньшими эффектами на другие классы. Нокдаун субъединицы флиппазы TMEM30A замедлил транспорт фосфатидилэтаноламина в три раза и снизил баланс прямого и обратного потока.

Транспорт оказался намного быстрее метаболизма, причём скорость превышала химические превращения в 10–60 раз. Даже при этом транспорт и метаболизм были тесно связаны, особенно в группе фосфатидилхолинов.

В течение более длительных периодов sn-1-модифицированный фосфатидилхолин генерировал больше липидных капель и эфиров холестерина, чем sn-2 формы, в то время как производство триацилглицеринов оставалось одинаковым для всех вариантов.

Выводы

Результаты показывают, что невезикулярный транспорт доминирует в распределении липидов в органеллах, а связь между АТФ-зависимым переворачиванием липидов и селективным транспортом обеспечивает механизм направленного движения. Видоспецифический метаболизм фосфолипидов регулирует накопление нейтральных липидов. Полученные данные имеют значение для понимания механизмов, моделирования, поиска мишеней и биологии накопления липидов.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте