В новом исследовании Велия Фаулер, доктор философии, и ее лаборатория в Исследовательском институте Скриппса сообщают, что белок, называемый миозином IIA, сокращается, придавая эритроцитам их отличительную форму. Результаты, опубликованные на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, могут пролить свет на серповидно-клеточные заболевания и другие нарушения, при которых эритроциты деформируются.«Красные кровяные тельца изучались веками, но до сих пор остается множество безответных вопросов о том, как они принимают свою форму», — говорит Элисон Смит, аспирант Scripps Research и соавтор исследования. «Наше исследование добавляет важную часть к этой головоломке».Эритроциты выглядят как пухлые диски с вогнутыми «ямочками» сверху и снизу.
Но клетки крови людей с определенными заболеваниями принимают другие формы. При тяжелых формах серповидно-клеточной болезни, генетических расстройствах, наиболее распространенных среди людей африканского происхождения, клетки имеют форму полумесяца или серпа.Эти деформированные клетки жесткие и липкие, из-за чего они застревают в кровеносных сосудах, что не позволяет крови переносить кислород по всему телу, вызывая анемию. Ежегодно рождается около 300 000 детей с серповидно-клеточной анемией, и в настоящее время лекарства от этих заболеваний не существует.
Ученые давно задаются вопросом, как здоровые красные кровяные тельца сохраняют форму ямочки на щеках, и является ли это пассивным или активным процессом. Они похожи на резиновые камеры, которые пассивно возвращаются к своей прежней форме после сжатия или ударов? Или что-то механическое в клеточной мембране — внешней оболочке клетки — активно сокращается и расслабляется, чтобы поддерживать форму? Ответы на эти вопросы также могут помочь объяснить, что идет не так, когда эритроциты слишком жесткие, чтобы легко деформироваться при прохождении через кровеносные сосуды.
Смит и Роберта Новак, научный сотрудник, руководили работой по решению этой загадки, которая вызвала интерес Фаулер с тех пор, как она была постдокторским исследователем в 1980-х годах. Они обнаружили, что красные кровяные тельца активно регулируют свою форму благодаря миозину IIA, который связан с белком, который вызывает сокращение мышц в других частях тела.
Команда использовала передовые микроскопы в Scripps Research для получения трехмерных изображений, показывающих миозин IIA под клеточной мембраной. Исследователи обнаружили, что молекулы миозина IIA эритроцитов собираются в структуры в форме штанги, называемые нитями.
Специализированные области на обоих концах нитей миозина IIA могут притягивать связанный с мембраной структурный белок, называемый актином, для контроля жесткости клеточной мембраны.«Вам необходимо активное сокращение клеточной мембраны, подобное сокращению мышц», — говорит Фаулер. «Миозин притягивает актин, чтобы обеспечить напряжение в мембране, и затем это напряжение поддерживает двояковогнутую форму».Затем команда обработала эритроциты соединением под названием блеббистатин, которое мешает миозину работать должным образом.
Они обнаружили, что обработанные клетки потеряли способность сохранять форму и выглядели гибкими и нездоровыми. Это еще раз подтвердило, что миозин IIA важен для поддержания формы красных кровяных телец.
Понимание архитектуры мембраны — важный шаг к поиску причин заболеваний, при которых деформируются эритроциты. Фаулер говорит, что когда-нибудь появится шанс подавить миозин IIA в красных кровяных тельцах и восстановить часть эластичности, которую они теряют при серповидно-клеточной анемии, позволяя им сгибаться и проходить через капилляры.«Даже небольшого изменения в этих серповидных клетках может быть достаточно», — говорит Новак, который вместе со Смитом был соавтором исследования.Такой взгляд на форму красных кровяных телец вызвал много новых вопросов.
Исследование предполагает, что клетки используют процесс, называемый фосфорилированием, чтобы сделать филаменты миозина IIA на клеточной мембране более стабильными, но как этот процесс контролируется, остается загадкой. В дальнейшем исследователи надеются узнать больше о том, что регулирует активность миозина IIA в эритроцитах и ??даже в других типах клеток, таких как нейроны.
В исследовании «Миозин IIA взаимодействует со скелетом спектрин-актиновой мембраны для контроля кривизны и деформируемости мембраны красных кровяных телец», в котором участвовали авторы из Технологического института Рочестера, Института медицинских исследований Файнштейна, Медицинского центра Бет Исраэль Дьяконесса и Дональда и Медицинская школа Барбары Цукер в Хофстра-Нортвелл.Работа поддержана Фондом Уитакера, Национальными институтами здравоохранения (гранты GM34225, HL083464, HL134043 и HL126497), наградой Национального научного фонда (CBET 1560709), наградой NIH / NCATS CTSA (грант UL1 TR001114) компании Scripps Translational Научный институт и премия ученого союзного мира им. Св.
Балдрика.