Исследователи из лаборатории Лоуренса Ливермора и Университета Калифорнии (Лос Анжелес) обнаружили, что некоторые клетки формируют внутриклеточные структуры, в которых они запасают металлы для поддержания гомеостатического равновесия.

Ионы различных металлов, в первую очередь – цинка, меди, марганца или железа, обеспечивают нормальную работу около 40% функциональных белков. Как отмечает представитель лаборатории Лоуренса Ливермора, Дженнифер Петт-Ридж (Jennifer Pett-Ridge), в настоящее время у специалистов по биохимии нет понимания того, каким образом клетке удается поддерживать баланс и нормальное протекание обмена веществ в том случае, когда она испытывает недостаток или, наоборот, избыток ионов какого-либо металла.

Новое открытие позволяет прояснить ситуацию – обнаруженные внутриклеточные контейнеры служат для запасания ионов металла, если его концентрация в клетке избыточна, и высвобождения, если клетка испытывает «металлодефицит» – такие меры позволяют ей обеспечивать гомеостаз.

Исследователи изучили содержание меди в Chlamydomonas reinhardtii, простой одноклеточной зеленой водоросли.

Содержание металла в клетках этих водорослей поддерживается на постоянном уровне, даже если его концентрация во внеклеточном пространстве на порядки превышает внутриклеточную. Однако было обнаружено, что при недостатке цинка для Chlamydomonas характерна гипераккумуляция меди.

Эту особенность удалось установить ранее, когда исследователи из Университета Калифорнии с помощью масс-спектрометрии измеряли содержание меди для больших объемов клеток, которые были предварительно разрушены.

Во всех изученных случаях отмечалась тенденция к увеличению содержания меди в клетках, развивавшихся без цинка.

Петт-Ридж отмечает, что для понимания природы этого явления на уровне отдельной клетки необходимо было построить высокоточную карту распределения элементов в ней – такая информация позволила бы установить, как клеткам удается запасаться медью «впрок».

В результате исследования удалось выяснить, как клетки запасают металл – они хранят медь в маленьком внутриклеточном контейнере, похожем по строению на вакуоль (вакуоль – одномембранный органоид, содержащийся в некоторых эукариотических клетках и выполняющий такие функции, как секреция, экскреция и хранение запасных веществ, аутофагия, автолиз).

Используя комбинацию флуоресцентных сенсоров на металлы, просвечивающей электронной микроскопии и масс-спектрометрии вторичного иона, исследователи обнаружили, что запасы меди в испытывающих недопоставки цинка клетках содержатся в богатых электронами, а также содержанием фосфатов и кальция областях (так называемых «клеточных комодах»).

Находясь в этих «комодах», медь иммобилизована и не распознается клеточными сенсорами. Однако это не области для «захоронения» меди навсегда – если клетка начинает испытывать недостаток цинка, медь высвобождается из «клеточных комодов» и используется клеткой, причем медь из «комодов» имеет приоритет перед медью, находящейся во внеклеточной среде.