Jak umierają komórki
Kiedy komórka w naszym ciele umiera, jeden z genów aktywuje lipidy, które wydostają się na jej powierzchnię. Ten sygnał rozpoznają fagocyty – komórki krwi, które wchłaniają martwą komórkę, chroniąc nas przed atakiem autoimmunologicznym. Cały proces uwolnienia człowieka od "biośmierci" opisali japońscy naukowcy.
Naukowcy z Uniwersytetu w Kyoto odkryli mechanizm, który jest odpowiedzialny za eliminację z organizmu tych komórek, które nie są już potrzebne. Fragment białka jądra komórkowego, uwolniony do cytoplazmy, aktywuje białko błonowe plazmy, aby wyeksponować lipid na powierzchni komórki, sygnalizując innym komórkom, aby się go pozbyły.
– Codziennie 10 miliardów komórek w naszym ciele umiera i są pochłaniane przez komórki krwi zwane fagocytami. Gdyby to się nie działo, martwe komórki pękałyby i wywoływały niebezpieczną reakcję autoimmunologiczną – opowiada Jun Suzuki, profesor biochemii z Institute for Integrated Cell-Material Sciences (iCeMS) na Uniwersytecie w Kyoto, autor kierujący badaniami. – To między innymi dlatego zrozumienie procesu, zgodnie z którym martwe komórki są eliminowane z naszego organizmu, jest tak ważne.
Jak odkryli badacze, na powierzchni martwych komórek pojawia się sygnał biochemiczny w postaci lipidu, na który reagują fagocyty. To trochę tak, jakby umierająca komórka wywiesiła flagę „zjedz mnie” w języku zrozumiałym dla fagocytów. Podczas tego ostatniego procesu „w życiu”, komórki lipidy są przerzucane z wewnętrznej części błony komórkowej na zewnętrzną, dzięki wsparciu różnych białek zwanych skramblazami. Zespołowi prof. Suzuki udało się już wcześniej zidentyfikować kilka z tych białek zajmujących się transportem lipidów, ale wciąż nie były jeszcze jasne niektóre z aktywujących je mechanizmów.
Żeby rozwikłać te wątpliwości, japoński zespół badaczy postawił sobie za cel określenie, jakie geny są aktywne podczas procesu umierania komórki i jakie białka w związku z tym są używane. Badacze obserwowali aktywność genu Xkr4, którego funkcjonowanie oznacza produkcję konkretnych białek. To pozwoliło naukowcom określić przebieg całego procesu.
– Ustaliliśmy, że fragment rozpadających się białek jądra komórkowego aktywuje gen Xkr4. To właśnie ten gen produkuje białka, dzięki którym komórka eksponuje sygnał „zjedz mnie” skierowany do fagocytów – opowiada Masahiro Maruoka, biolog z zespołu iCeMS i pierwszy autor opublikowanych badań.
Najważniejsze odkrycie, zdaniem badaczy, dotyczy genu XRCC4 i produkowanego przez niego białka o tej samej nazwie. Białko XRCC4 (ang. X-ray repair cross-complementing protein 4) to białko jądra komórkowego, które w czasie funkcjonowania komórki spełnia funkcję naprawczą, ważną dla naszego DNA. Jak ustalili naukowcy z zespołu prof. Suzuki, kiedy komórka umiera, XRCC4 zostaje pocięte przy wsparciu enzymów. Fragmenty XRCC4 opuszczają jądro komórki, aktywując przy tym gen Xkr4, który tworzy dimery, czyli podwojone struktury białka. Oba etapy – wiązanie XRCC2 i tworzenie się dimeru białka, a więc bardziej regularnej struktury – są niezbędę, aby Xkr4 mógł ostatecznie pokazać lipid, który będzie sygnałem dla fagocytów.
Xkr4 jest tylko jednym z genów, które zajmują się cięciem białek w jądrze komórkowym. Inne są aktywowane na znacznie wcześniejszym etapie umierania komórki. Zespół japońskich badaczy chciałby teraz zbadać, kiedy i dlaczego ścieżka genu Xkr4 jest aktywowana. Zauważono, że ten gen jest w mózgu szczególnie aktywny, co prawdopodobnie oznacza o jego niezbastąpionej roli. Badania wciąż trwają, liczymy więc na kolejne ciekawe informacje.
Źródło badań: Masahiro Maruoka et al, Caspase cleavage releases a nuclear protein fragment that stimulates phospholipid scrambling at the plasma membrane, Molecular Cell (2021). DOI: 10.1016/j.molcel.2021.02.025
Opracowano na podstawie artykułu Eat me: The cell signal of death opublikowanego na stronie internetowej ICeMS Kyoto University.
