Imaginați-vă un megalopolis imens, care zumzăie non-stop
Cuprins
În el există fabrici, centrale electrice, rețea de transport și chiar servicii de salubritate. Fiecare element funcționează în armonie strictă, asigurând viața întregului oraș. Acest oraș este o celulă vie, baza organismului nostru. O studiem de secole, i-am cartografiat „cartierele” – organitelele – și, aparent, știm aproape totul despre ea. Dar ce se întâmplă dacă se dovedește că, în centrul acestui sistem bine pus la punct, se ascundea tot acest timp un centru de control necunoscut, a cărui funcționare este esențială pentru întregul oraș?
Exact această descoperire au făcut-o oamenii de știință de la Universitatea din Virginia și Institutele Naționale de Sănătate din SUA. Ei au descoperit o structură până acum necunoscută, pe care au numit-o hemifusom. Nu este doar un alt detaliu într-un mecanism complex, ci o verigă fundamentală lipsă, care schimbă concepția noastră despre logistica celulară.
Ce este această entitate invizibilă?
Pentru a înțelege importanța descoperirii, să analizăm puțin „transportul” celular. În interiorul celulei se mișcă constant miliarde de molecule — proteine, lipide și alte substanțe. Acestea sunt ambalate în bule membranare minuscule — vezicule. Le putem imagina ca o armată de curieri microscopici sau camioane care livrează „colete” dintr-o parte a celulei în alta sau le pregătesc pentru a fi trimise în afara acesteia.
Până acum se credea că aceste „camioane” se contopesc între ele sau cu alte organite mai mult sau mai puțin direct. Dar un studiu publicat în revista Nature Communications arată că există o etapă intermediară — chiar hemifusoma.
În esență, hemifuzoma este o „rampa de încărcare” temporară sau un „nod de sortare”. Aici, veziculele se conectează, schimbă conținutul și se reformează înainte de a pleca mai departe. Este ca o stație de transfer în metrou, unde fluxurile de pasageri sunt distribuite și direcționate în mod eficient. Fără coordonarea precisă pe care, aparent, o asigură hemifuzoma, în sistemul de transport celular ar domni haosul: „coletele” s-ar pierde, deșeurile s-ar acumula, iar materialele importante nu ar ajunge la destinatari.
Imagine tipică a marginii frontale a celulei RAT-1, cultivată pe rețele pentru microscopie crioelectronică, obținută prin microscopie crioelectronică. Lamellopodii și filopodii din colțul din dreapta sus conturează limita celulei, separând citoplasma (Cyt) de spațiul extracelular (Ext). Organitele veziculare sunt evidențiate prin culori: vezicule endosomale timpurii (En, roz), corpuri multivuscule (MVB, albastru), hemifuzosomi (HF, galben) și hemifuzosomi inversați (fHF, verde) (exemplu tipic din n = 308 imagini de ansamblu înainte de colectarea datelor din seria de înclinații). Scala liniară: 0,5 μm. b Secțiune tipică a tomogramei criogenice a limitei celulei COS-7, pe care sunt evidențiate componentele citoscheletului, veziculele endosomiene (En), vezicula acoperită cu clatrina (CV) și hemifuzina (HF). O diafragmă dublă sau hemifuzionată separă veziculele hemifuzionate. Vezicula mai mare are un conținut cu granulație fină, iar vezicula hemifuzionată mai mică are un lumen neted și semitransparent (*). Săgeata indică o particulă proteolipidică, iar săgeata indică o nanocapă la marginea diafragmei hemifuzionale (eșantion reprezentativ din cel puțin 10 tomograme). Scala: 100 nm. c Secțiune transversală tomografică medie prin linia dreaptă (HF) (din n = 88 tomograme) și hemifuzie inversată (fHF) (din n = 48 tomograme), care arată conturul clar al membranei dublu stratificate a veziculelor.
(din n = 308 tomograme). O membrană dublă sau semipermeabilă (HD) separă veziculele semipermeabile. Săgețile indică o particulă proteolipidică, precum și particule proteolipidice similare observate în citoplasmă.
Fantoma din mașină: de ce nu a fost observată mai devreme?
Se pune o întrebare logică: cum a putut o structură atât de importantă să rămână invizibilă pentru oamenii de știință atât de mult timp? Răspunsul se află în natura sa. Hemifusoma este o structură extrem de dinamică și efemeră. Ea nu există permanent, ca nucleul sau mitocondriile. Apare doar atunci când celula are nevoie să organizeze un nod de transport și dispare imediat după îndeplinirea sarcinii sale.
Era practic imposibil să vezi un astfel de „fantoma” cu ajutorul metodelor standard de microscopie. Descoperirea a devenit posibilă datorită tomografiei crioelectronice (crio-ET). Această metodă avansată permite literalmente „înghețarea” celulei în fracțiuni de secundă, oprind toate procesele în starea lor naturală. Este ca o fotografie instantanee a unei intersecții aglomerate, care permite să se vadă fiecare mașină și fiecare pieton în mișcare. Astfel, cercetătorii au reușit să surprindă hemifuzoma „la lucru” și să-i înțeleagă rolul.
Când sistemul dă greș: de la organit la boală
Descoperirea hemifuzomei nu este doar satisfacerea curiozității științifice. Ea este direct legată de înțelegerea cauzelor unei serii de boli genetice grave. Un exemplu elocvent este sindromul German-Pudlak. Aceasta este o boală rară, în care pigmentarea este afectată (ceea ce duce la albinism), apar probleme de vedere, coagularea sângelui și funcționarea plămânilor.
În trecut, oamenii de știință știau că la baza acestui sindrom se află un defect în procesarea și transportul „încărcăturii” intracelulare. Acum a apărut o ipoteză concretă: este posibil ca la pacienții cu acest sindrom, hemifuzosomii să se formeze sau să funcționeze incorect. „Rampele de încărcare” ale acestora funcționează defectuos, ceea ce duce la o serie de tulburări în întregul organism.
Această descoperire deschide perspective complet noi pentru medicină. Dacă se va reuși să se înțeleagă mecanismul de funcționare a hemifuzomului în condiții normale și patologice, se vor putea căuta modalități de a „repara” acest nod defect. Acest lucru ar putea duce la dezvoltarea de medicamente țintite, care să vizeze nu simptomele, ci cauza principală a unei întregi clase de „boli logistice” genetice.
Secțiuni tomografice care ilustrează hemifuzosomi complexi cu una sau mai multe vezicule suplimentare în conformație hemifuzională cu una dintre cele două vezicule ale perechii inițiale de hemifuzosom. Veziculele cu conținut clar al lumenului sunt marcate cu steluțe. Hemifuzomii cu PND suplimentare încorporate în membranele lor (săgeți) sugerează că acestea pot acționa ca un centru pentru formarea hemifuzomilor complecși (n = 42 din 308 tomograme). b Hemifuzionare complexă cu hemifuzomi inversați. Evenimente multiple de hemifuzionare se contopesc, formând structuri complexe foarte complexe. Steluțele marchează veziculele cu conținut transparent. (imagini tipice din cel puțin 5 tomograme). c Hemifuzomi constând din vezicule hemifuzionale, precum și multiple vezicule intraluminal. Steluțele marchează veziculele cu conținut transparent. Săgeata indică PND. (imagini tipice din cel puțin 5 tomograme). d Diagrama care ilustrează calea presupusă de formare a hemifuzomilor complecși, urmată de răsucirea veziculei către partea luminoasă a unei vezicule mai mari și de scindarea ulterioară, ceea ce asigură o cale alternativă de formare a corpurilor multivuscule (MVB).
O nouă pagină în manualul de biologie
Fiecare descoperire de acest gen ne amintește cât de complex și uimitor este lumea ascunsă în interiorul nostru. Descoperirea hemifuzomului nu este doar o completare a unei note de subsol într-un manual de citologie, ci deschiderea unui capitol potențial nou în înțelegerea noastră a vieții la cel mai fundamental nivel.
„Este doar începutul”, spune cercetătoarea Seham Ebrahim. Și este adevărat. Acum, oamenii de știință trebuie să afle cum este reglată apariția și dispariția hemifuzomului, ce proteine sunt implicate în acest proces și cum disfuncția lor este legată de alte boli. Poate că suntem pe punctul de a înțelege mecanismele care până acum erau o enigmă totală pentru noi. Și totul datorită faptului că am reușit să zărim un mic, dar incredibil de important manager fantomatic în agitația megalopolisului celular.
