Мікроскопічні тварини тихоходів відомі як водяні ведмеді, славляться своєю стійкістю до найекстремальніших умов навколишнього середовища: їх не можуть гарантовано вбити навіть 10 днів у відкритому космосі. Американські вчені змогли успішно відтворити один із механізмів рекордної виживаності тихоходів у культурі людських клітин.
Водяні ведмеді в активному стані витримують величезні перепади температур, тиску і вологості. Воістину непереможними вони стають, коли переходять у стан стазису – їхній організм втрачає до 99 відсотків вологи, а метаболізм сповільнюється фактично до повної зупинки. Після відновлення сприятливих умов тихоходи оживають і продовжують існувати як ні в чому не бувало. Серед кількох різноманітних властивостей цих мікроскопічних тварин дослідники звернули увагу на одну, що дозволяє клітинам водяних ведмедів переживати практично повне осушення.
Річ у тім, що цитоплазма клітин тихоходів містить великі кількості певних внутрішньо невпорядкованих білків (IDP). Такі поліпептиди частково або повністю позбавлені постійної тривимірної структури, тобто вони виглядають як хаотично розташовані в просторі нитки. Інші класи протеїнів мають чітко оформлену тривимірну структуру (вони згорнуті), від якої залежать їхні біологічні властивості. Відомі різні біологічні ролі IDP – наприклад, сигнальні або регуляторні, проте їхні дослідження приносять постійні сюрпризи.
Внутрішньо невпорядкований білок CAHS D у клітинах водяних ведмедів утворює ниткоподібні структури, схожі на павутину, через які цитоплазма перетворюється на гель. Відбувається це тільки при зниженні концентрації CAHS D у розчині нижче певного порога. Поки концентрація вища, цитоплазма залишається рідкою, і цей поліпептид, судячи з усього, ніяк не бере участі в метаболізмі клітини. У березні 2023 року вчені з Вайомінгського університету (UW, США) показали, що CAHS D здатний значно підвищити збереження біологічного матеріалу (препаратів, вакцин, стовбурових клітин, крові) під час висушування – це спрощує їхнє зберігання і транспортування.
Зліва (a): флуоресцентна мікроскопія культури людських клітин (HEK, лінію отримано з ембріональних нирок людини) до (unstressed) та під час (sorbitol) осмотичного стресу; рядки підписано відповідно до білків, що в них експресуються, – без CAHS D (просто mVenus), з CAHS D (mVenus: CAHS D) або його модернізованими версіями (mVenus:2X Linker і mVenus:FL_Proline); зелений колір показує експресовані білки, блакитний – ДНК, фіолетовий – клітинну мембрану; масштабна лінійка дорівнює 10 мікрометрам. Праворуч (b): графік сумарної виживаності культур HEK з різними IDP або зовсім без них (червоний стовпчик) після закінчення періоду осмотичного стресу. Справа (c): зменшення об’єму клітин під час осмотичного стресу з різними IDP або зовсім без них (червоний стовпець) / © https://doi.org/10.1002/pro.4941
Тепер та ж команда змогла, по-перше, детально вивчити процес роботи CAHS D безпосередньо в живих клітинах, а по-друге, перевірити його ефективність на культурі людських клітин. У підготовці дослідження брали участь вчені з Медичної школи Вашингтонського університету (WUSM, США), а також Болонського (Італія), Амстердамського (Нідерланди) і Каліфорнійського (UC Merced, США) університетів. Детальніше про методику експериментів, усі їхні деталі та розширені висновки можна прочитати в науковій роботі, яка опублікована в рецензованому журналі Protein Science. Текст знаходиться у відкритому доступі.
Людські клітини, що експресували білок CAHS D, пережили осмотичний стрес упродовж 24 годин майже вдвічі краще за позбавлених цього IDP. З них вдалося оживити близько половини, тоді як у контрольній групі загинули приблизно 75 відсотків.
Що цікаво, в експерименті вивчали ще дві культури – з модифікованим внутрішньо невпорядкованим білком тихоходів. Одна отримала його версію, яка повністю позбавлена можливості формувати гель у цитоплазмі, друга просто робила це гірше. Обидві ці культури теж показали здатність переживати осмотичний стрес краще, ніж людські клітини без CAHS D. Отже, захисні функції досліджуваного пептиду не обмежуються його властивістю “желатинізувати” нутрощі клітини.