Лекарство от аритмии помогло изучить перспективный для биотехнологий штамм дрожжей
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали гены, регулирующие работу кальциевых каналов одного из важных для промышленности видов дрожжей – Ogataea parapolymorpha. Биотехнологи выяснили, какие белки регулируют усиленное поглощение ионов кальция клетками дрожжей при добавлении амиодарона — препарата от аритмии. Результаты исследования опубликованы на страницах International Journal of Molecular Sciences. Проект реализуется в рамках Федеральной научно-технической программы развития генетических технологий.
Препарат амиодарон назначают как при острых приступах аритмии, угрожающих жизни пациента, так и при разных типах хронической аритмии. Механизм его действия в организме человека связан с каналами, которые транспортируют ионы калия, натрия и кальция в клетках сердечной мышцы. У многих грибов амиодарон вызывает приток ионов кальция в цитоплазму, или полужидкое содержимое клетки. В результате клетка перестает делиться и может погибнуть. Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН исследовали его действие на кальциевые каналы клеток дрожжей Ogataea parapolymorpha и выяснили, от каких механизмов и генов зависит токсичность этого препарата.
«Ogataea parapolymorpha — перспективный модельный организм, который может расти при температуре до 49˚С. Хотя самыми изученными и удобными для молекулярно-генетической работы считаются обычные пекарские дрожжи Saccharomyces cerevisiae, по эффективности производства различных рекомбинантных белков они уступают представителям рода Ogataea. И чем больше мы узнаем о работе клеток дрожжей, тем более эффективные штаммы для промышленных биотехнологий мы можем создать», — рассказал соавтор статьи Михаил Агафонов, д.б.н., руководитель группы геномного редактирования промышленных микроорганизмов ФИЦ Биотехнологии РАН.
У эукариот (организмов, в клетках которых есть ядро) ионы кальция играют важную роль посредника между раздражителем на мембране клетки и «ответом» на него. Они регулируют активность различных белков, помогают клеткам выделять гормоны и нейромедиаторы, а также влияют на электрический заряд мембраны, благодаря которому наши мышцы могут сокращаться, а нейроны — передавать сигналы. Благодаря постоянно работающим насосам и каналам в мембране ионы кальция из жидкого содержимого клетки переносятся внутрь органелл — функциональных «отсеков» клетки. У дрожжей Ca2+ накапливается в вакуолях (клеточных пузырьках), куда его закачивают белки-насосы Pmc1 и Vcx1.
В клетках дрожжей есть два пути поглощения кальция: через систему LACS (с низким сродством к рецептору) и HACS (с высоким сродством к рецептору). Для первого пути известен только один белок-участник, чья функция пока неясна. Второй путь обеспечивают белки Cch1 и Mid1, родственные белкам, участвующим в работе кальциевых и натриевых каналов у млекопитающих.
Биотехнологи исследовали работу Cch1 и Mid1 у штамма Ogataea parapolymorpha с флуоресцентным индикатором, который меняет цвет своего свечения, когда связывается с ионами кальция. Оказалось, что в отсутствие любого из этих белков амиодарон медленнее повышал концентрацию кальция во внутренней среде клетки. А если ученые генетическими методами «выключали» белок Pmc1, который закачивает Ca2+ в пузырьки-вакуоли, клетки Ogataea parapolymorpha не могли убрать «лишние» ионы кальция из цитоплазмы в запас. Дрожжи с такой поломкой становились очень чувствительными к токсическому эффекту препарата. Это означает, что белки Cch1 и Mid1 — не основной путь для поглощения кальция клеткой, однако они регулируют этот процесс.
«Мы показали, что выключение генов, кодирующих белки Cch1 и Mid1, почти одинаково влияет на концентрацию ионов кальция в цитоплазме в ответ на препарат амиодарон, как и на додецилсульфат натрия. Без компонентов системы HACS подавляется только начальная стадия поглощения ионов кальция, которое вызывает амиодарон. Этот результат отличается от данных, полученных в исследованиях дрожжей Saccharomyces cerevisiae», — заключил Михаил Агафонов.
Информация и фото предоставлены пресс-службой ФИЦ Биотехнологии РАН
Разместила: Ирина Усик