Специалисты ФИЦ Биотехнологии РАН совершили важное открытие, изучив гены, управляющие кальциевыми каналами промышленно значимых дрожжей Ogataea parapolymorpha. Исследователи установили, какие белки контролируют активное поглощение ионов кальция клетками при воздействии амиодарона — препарата против аритмии. Работа ведется в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий.
Амиодарон: ключ к пониманию кальциевых механизмов
Амиодарон применяется для лечения опасных острых и хронических форм аритмии. Его действие в сердце человека связано с влиянием на транспорт ионов калия, натрия и кальция. У грибов, включая дрожжи, это вещество провоцирует мощный приток кальция в цитоплазму, что останавливает деление клеток и может привести к их гибели. Ученые ФИЦ Биотехнологии РАН детально исследовали, как амиодарон влияет на кальциевые каналы Ogataea parapolymorpha и определили ключевые гены и механизмы, отвечающие за эту реакцию.
Ogataea parapolymorpha: перспективная альтернатива
«Ogataea parapolymorpha — это многообещающий модельный организм, способный расти при температурах до 49˚С. Хотя пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae остаются наиболее изученными и удобными для генетических манипуляций, они проигрывают представителям рода Ogataea в эффективности синтеза рекомбинантных белков. Углубляя знания о клеточных процессах дрожжей, мы создаем все более эффективные штаммы для промышленной биотехнологии», — поделился Михаил Агафонов, д.б.н., руководитель группы геномного редактирования промышленных микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.
Роль кальция и механизмы его регуляции
У всех эукариот ионы кальция выступают универсальными сигнальными молекулами, передающими воздействие на клеточную мембрану внутрь клетки. Они регулируют активность ферментов, секрецию гормонов и нейромедиаторов, а также влияют на электрический потенциал мембраны, необходимый для сокращения мышц и передачи нервных импульсов. Специальные насосы и каналы в мембране перемещают кальций из цитоплазмы внутрь органелл. У дрожжей ионы Ca2+ накапливаются в вакуолях благодаря действию насосных белков Pmc1 и Vcx1.
Два пути поглощения кальция дрожжами
Клетки дрожжей поглощают кальций двумя основными путями: системой LACS (низкое сродство) и системой HACS (высокое сродство). Функция единственного известного белка LACS пока не расшифрована. Систему HACS формируют белки Cch1 и Mid1, структурно схожие с компонентами кальциевых и натриевых каналов млекопитающих.
Экспериментальные открытия с амиодароном
Используя флуоресцентный индикатор кальция, биотехнологи изучили работу Cch1 и Mid1 у Ogataea parapolymorpha. Оказалось, что отсутствие любого из этих белков замедляло рост концентрации кальция в цитоплазме под действием амиодарона. Когда ученые "отключали" ген белка-насоса Pmc1, ответственного за закачку Ca2+ в вакуоли, дрожжи теряли способность удалять избыток кальция из цитоплазмы. Такие клетки проявляли высокую чувствительность к токсическому действию препарата. Это доказывает, что Cch1 и Mid1 играют регулирующую, а не основную роль в поглощении кальция.
Уникальные отличия от Saccharomyces cerevisiae
«Наши эксперименты показали, что отключение генов Cch1 и Mid1 влияет на кальциевый ответ клеток на амиодарон и додецилсульфат натрия схожим образом. Без компонентов системы HACS подавляется лишь начальная фаза притока кальция, индуцируемого амиодароном. Этот механизм отличается от того, что наблюдается у дрожжей Saccharomyces cerevisiae», — отметил Михаил Агафонов.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН
Источник: scientificrussia.ru
