Как и полноценные органы в нашем теле, органеллы внутри клеток — это специализированные структуры, выполняющие определённые функции. Изучая филаменты, которые поддерживают форму клеток, Сехам Эбрахим, доцент Университета Вирджинии, и её команда заметили в своих 3D-изображениях новую структуру, которая постоянно появлялась.
То, что сначала казалось артефактом изображения, оказалось новой органеллой, которая, вероятно, участвует в сортировке, переработке и утилизации белков в клетках человека. Эбрахим сравнила форму гемифусомы со снеговиком в шарфе: представьте маленькую голову, соединённую с более крупным телом, с тонкой границей между ними.
Размер органеллы составляет около 100 нанометров в диаметре — это меньше половины даже самой маленькой митохондрии, известной как «энергетическая станция» клетки.
Учёные смогли увидеть гемифусомы благодаря методу крио-электронной томографии (крио-ЭТ), который использовался для создания изображений. Этот метод предполагает быструю заморозку клеток из четырёх лабораторных линий, чтобы сохранить их структуру максимально нетронутой и получить чёткие 3D-изображения.
«Это как моментальный снимок без каких-либо химических веществ или красителей», — объяснила Эбрахим в интервью Live Science. Благодаря этой технологии клетки можно изучать в их естественном состоянии, словно они — стеклянные шары.
В статье, опубликованной в мае в журнале Nature Communications, исследователи отметили, что жёсткие методы обработки, используемые в других методах визуализации, вероятно, мешали обнаружить гемифусомы раньше. Кроме того, при использовании других техник, изучающих процессы в живых клетках, органелла была слишком мала для обнаружения и выглядела бы просто как размытое пятно, добавила Эбрахим.
Учёные наблюдали необычную конфигурацию везикул — пузырьков, которые переносят белки и гормоны внутри и между клетками. Новое исследование показало, что две везикулы сливаются, образуя двухслойный липидный барьер между ними.
«Даже с точки зрения биофизики это прорыв, — сказала Эбрахим. — Учёные давно предполагали, что везикулы могут существовать в таком частично слившемся состоянии, но впервые это удалось увидеть в живой клетке». Это открытие вдохновило название «гемифусома» (от слова гемифузия — частичное слияние двух липидных слоёв).
Эбрахим утверждает, что гемифусомы можно классифицировать как органеллы, поскольку они представляют собой самостоятельные функциональные единицы, а не временные структуры, возникающие при формировании и разделении мембран. В статье она подчеркнула, что маловероятно, что гемифусомы — это артефакты крио-ЭТ.
Йи-Вей Чанг, доцент биохимии и биофизики в Медицинской школе Перельмана Пенсильванского университета (не участвовавший в исследовании), отметил, что результаты Эбрахим «указывают на то, что гемифусомы — это подлинные клеточные промежуточные структуры, а не искажения, вызванные заморозкой».
По его словам, если дальнейшие исследования подтвердят функцию гемифусом, их можно будет отнести к отдельному классу промежуточных структур, участвующих в процессах слияния в клетках млекопитающих.
Пока учёные могут подтвердить лишь существование гемифусом, но их точная роль, жизненный цикл и состав ещё не определены. Эбрахим предполагает, что гемифусомы могут быть предшественниками некоторых типов везикул и играть ключевую роль в переработке или утилизации клеточных мембран. Это важно для предотвращения накопления «клеточного мусора», который может нарушить работу клетки.
Исследователи также считают, что изучение гемифусом может пролить свет на механизмы развития таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера, связанная с накоплением аномальных белковых бляшек в мозге.
«Без крио-электронной томографии мы бы не сделали это открытие, — сказала Эбрахим. — Вероятно, существует целый мир, который нам ещё предстоит обнаружить».
