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 parapolymorphaс флуоресцентным индикатором, который меняет цвет своего свечения, когда связывается с ионами кальция. Оказалось, что в отсутствии 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.