Endocitoza, temeljni proces, ki ga celice uporabljajo za prevzem makromolekul, deluje podobno kot zračna zapora na vesoljski ladji - vendar bolj mehka, pravi dr. Gunther Hollopeter, docent za molekularno medicino na Univerzi Cornell University College of Veterinary Medicine. Raziskovalci so preučevali, kako celice sprožijo in izvajajo endocitozo že od šestdesetih let prejšnjega stoletja, toda v novem prispevku v reviji eLIFE Hollopeterjev laboratorij končno opisuje, kako celice zaprejo ta pomemben celični stroj. In njihove ugotovitve niso brez polemik.
"Do našega dela ljudje niso razumeli, da je pomembno izklopiti ta proces," je dejal Hollopeter. Endocitoza deluje pri nevrodegenerativnih boleznih, kot so Alzheimerjeva bolezen, virusne okužbe, rak in bolezni srca in ožilja. "Zato je za nas pomembno, da razumemo, kako ta mehanizacija deluje. Če bi lahko ugotovili, kako ga povečati ali zmanjšati in ga prilagoditi v različnih organskih sistemih, bi morda lahko nadzorovali nekatere od teh napredovanja bolezni."
Endocitoza je ključnega pomena za vsakodnevno delovanje vseh vrst celic. "Vrsta endocitoze, ki jo preučujemo, je večnamensko orodje, ki ga uporabljajo celice - zelo je prilagodljiva," je povedal Edward Partlow, podiplomski študent v laboratoriju Hollopeter. Na primer, postopek pomaga določiti, kako se celice odzivajo na signale, ki jim povedo, kdaj naj rastejo in se razmnožujejo, omogoča nevronom, da modulirajo reakcije na nevrotransmiterje, in omogoča jetrnim celicam, da odstranijo holesterol iz krvnega obtoka.
Sistem je tako univerzalno pomemben v večceličnih organizmih, da imajo vse glive, rastline in živali skoraj iste molekularne stroje za izvajanje endocitoze. Zaradi te enotnosti Hollopeterjeva skupina sodeluje z modelnim organizmom C. elegans – mikroskopskim črvom, s katerim je enostavno manipulirati –, da bi ugotovili, kako proces deluje. Ustvarjajo različne mutacije, ki motijo endocitozo, kar povzroči značilna lica, napolnjena s tekočino, ki so videti kot čeljusti. Če ugotovijo, kako popraviti čeljusti črvov in obnoviti endocitozo, lahko sestavijo, katere beljakovine so potrebne za sistem in kakšno vlogo imajo. Nato raziskovalci preverijo, da enaka pravila veljajo za druge živali z uporabo beljakovin, izoliranih iz ljudi in miši.
Med endocitozo celice tvorijo nekaj, kar je videti kot "kosmata jama" pod makromolekulami, jih pogoltnejo in odščipnejo obremenitev znotraj membranskega predela znotraj celice. "Krzno" je pravzaprav plast beljakovin, imenovanih klatrin. Ker se klatrin ne more pritrditi neposredno na celično membrano, se kompleks adapterskih beljakovin, imenovan AP2, najprej spremeni v odprto, aktivno stanje in nato poveže oder z membrano, da začne proces.
Prej je Hollopeterjeva skupina odkrila, da protein FCHo deluje kot pospeševalnik procesa odpiranja AP2 in da drugi protein, NECAP, deluje kot zavora in ga zapira. Pri svojem najnovejšem delu je ekipa sodelovala z dr. Richardom Bakerjem, mikroskopistom na Kalifornijski univerzi v San Diegu, da bi ustvarila 3D vizualizacijo, ki prikazuje, kako NECAP sodeluje z AP2 s pomočjo krioelektronske mikroskopije. Ta tehnologija, nagrajena z Nobelovo nagrado, vključuje bliskovno zamrzovanje beljakovin in uporabo visokoenergijskega elektronskega žarka za ustvarjanje slike neverjetno visoke ločljivosti. Nastale vizualizacije kažejo, da NECAP deluje tako kot sponka za čips na vrečki krompirjevega čipsa. Pritrdi se na obeh straneh proteinskega kompleksa AP, da ga zapre in prepreči endocitozo.
Raziskovalci še ne vedo, ali je vloga NECAP-a pomagati reciklirati klatrin ali pa izklopi endocitozo kot obliko nadzora kakovosti."Mislimo, da deluje bodisi na koncu endocitoze," je dejal Partlow, "ali na začetku, da ga izklopimo, če se proces začne na napačnem mestu ali ob napačnem času."
Nove ugotovitve so neposredno v nasprotju z delom drugih raziskovalcev endocitoze, ki so prav tako nedavno objavili članek o funkciji NECAP. Sklepajo, da NECAP deluje kot pospeševalnik namesto zavore. Toda Hollopeter in Partlow menita, da še vedno obstajajo komponente endocitoze, ki jih raziskovalna skupnost še ni združila.
V svojem trenutnem delu skupina raziskuje novo vrsto čeljustnega črva, da bi ugotovila, zakaj motnja endocitoze povzroči ta debela lica. Pred kratkim sta Hollopeter in Baker prejela petletno donacijo v višini 1,83 milijona dolarjev od Nacionalnega inštituta za zdravje, da bi podprla svoje delo pri identifikaciji in vizualizaciji dejavnikov, ki so vključeni v endocitozo.
"Marsikdo bi rekel, da je to že narejeno in vemo vse, kar moramo vedeti o tem. Toda bolj ko gledamo na endocitozo, bolj se zavedamo, da še vedno veliko ne vemo," je dejal Hollopeter. "Svoj sistem lahko uporabimo za temeljna vprašanja, kako je ta proteinski kompleks urejen, in to je res razburljivo priložnost."
