Både djur- och växtceller är beroende av autofagi där skadat eller överflödigt cellmaterial avlägsnas. Nedbrytningen av substrat sker med proteiner. Hos djur, det sker i en cellorganell som kallas lysosomen och i växter och jäst i vakuolen. Initialt, nedbrytningsproteinerna är inte belägna i vakuolen eller lysosomen; snarare, de måste transporteras av transportreceptorer på små blåsor till deras verkningsplats.

Teamet vid forskargruppen Biochemistry of Intracellular Transport vid Ruhr-Universität Bochum (RUB), under ledning av doktor Harald Platta, har framgångsrikt visat hur oumbärlig Vps10 transportreceptorn är för processen.

I en andra studie, forskarna analyserade proteinet Vac8, som reglerar sammansmältningen av små och stora blåsor med vakuolmembranet så att respektive last kan släppas in i vakuumets inre.

Resultaten publicerades i juni och juli 2019 i Vetenskapliga rapporter och Cell tidskrifter.

Oumbärlig för nedbrytning av komplexa substrat

Forskarna visade att transportreceptorn Vps10, som i växter och jäst leder nedbrytningsproteinet Pro-Pep4 från det endoplasmatiska retikulum till vakuolen, är inte bara en av flera utbytbara receptorer. "Snarare, Vps10 bidrar avsevärt till vakuolens aktivitet under nedbrytningen av cellens egna komponenter genom att effektivt transportera Pro-Pep4, säger Harald Platta.

Utan Vps10, vars motsvarighet i mänskliga celler kallas sortilin, Pro-Pep4 kan inte transporteras effektivt till vakuolen och aktiveras till Pep4, som kallas katepsin D hos människor.

Även om nedbrytning av enstaka små proteiner och ribosomer i vakuolen fortfarande är möjlig utan Vps10, det framkom att nedbrytningen av komplexa substrat, såsom peroxisomer eller mitokondrier, kan inte längre ske effektivt utan Vps10 och är associerat med ett fel och därmed ineffektiv mognad av Pro-Pep4.

Långtgående konsekvenser

"Resultaten från denna studie är också relevanta för uppföljningsfrågor, "förklarar Platta." Pep4 bestämmer, till exempel, toxiciteten hos olika svampar som är skadliga för växter. Dessutom, Pep4 skyddar jästceller från spontan bildning av prioner, dvs specifika skadliga proteinpartiklar, medan förlusten av Pep4 -aktivitet resulterar i en förkortad livslängd. Hos däggdjur, en brist på det mogna Pep4 -homologkatepsinet D leder till neurodegenerativa störningar. Och felet hos pro-cathepsin D har observerats vid olika former av cancer. "

Vesiklar och vakuole membran måste smälta in i varandra

Den andra studien analyserade proteinet Vac8, som är nära besläktad med däggdjursproteinerna plakoglobin, en tumörsuppressor, och catenin. Medan de senare förmedlar cell-cellkontakter vid plasmamembranet, Vac8 reglerar sammansmältningen av membran i transportvesiklar med det vakuolära membranet i cellen. Dessa är antingen små blåsor som innehåller nedbrytningsproteiner eller stora blåsor laddade med de substrat som ska nedbrytas.

I motsats till vad man kan anta, fusionen av membranen verkar inte ske genom bindning till andra proteiner, men, som forskarna har visat, via koordinering av lipider. "Under studiens gång vi kunde visa att fusion och nedbrytande aktivitet av vakuolen i Vac8-bristfälliga celler kunde regenereras genom experimentell tillsats av membranlipid byggstenar oljesyra och glycerol, "säger Harald Platta. Enligt forskarna, det är därför Vac8 spelar en avgörande roll för den autofagiska nedbrytningen av alla testade substrat - cytosoliska proteiner, ribosomer och peroxisomer.

Följaktligen, Vac8 verkar inte bara fungera som en enkel adaptermolekyl mellan två membran, men kan också definiera sammansättningen av de omgivande lipiderna för att förbereda kontakten mellan de två membranen. "Detta väcker intressanta nya frågor om identiteten hos de inblandade lipidtyperna, "som Harald Platta beskriver potentiella framtida forskningsfrågor.