Исследование, опубликованное в журнале Nature Journal Scientific Reports, показывает, что пигментация снижается за счет активности «TPC2», белка, который направляет поток положительных ионов натрия из меланосом, отсеков, которые производят меланин в клетках. Исследователи обнаружили, что когда TPC2 выпускает эти ионы, внутренняя часть меланосом становится более кислой, и это отключает фермент, который стимулирует выработку меланина.
«Теперь мы знаем, как TPC2 функционирует в этих меланосомах, и можем использовать эту информацию для дальнейшего понимания того, как меланосомы функционируют в нормальных условиях и как их функция нарушается вызывающими заболевание мутациями», – сказала автор-корреспондент Елена Оанча, доцент молекулярной фармакологии. физиология и биотехнология в Брауне.
Недостаточная выработка меланина может быть связана с альбинизмом, нарушением зрения и большей предрасположенностью к раку кожи и глаз.
Меланин защищает ДНК от ультрафиолета. Однако в течение многих лет ученые мало понимали, как регулируется пигментация. В конце 2014 года команда Оанцеа обнаружила, что меланосомы используют ионный канал «ОСА2», активность которого увеличивает выработку меланина за счет снижения их кислотности.
OCA2 назван в честь заболевания, вызванного мутациями в белке, кожно-кожным альбинизмом II типа.
Новое исследование, таким образом, обнаруживает, что TPC2 и OCA2 уравновешивают.
«Наличие более чем одного ионного канала, регулирующего pH, позволяет использовать сложные регуляторные механизмы, которые можно точно настроить для регулирования pH в различных условиях», – сказал Оанча.
Отслеживание TPC2
Направляясь к новому исследованию, команда, включая со-ведущих авторов Николаса Беллоно и Иллиану Эскобар, знала только, что ген TPC2 обычно был связан с пигментацией. Например, две мутации в гене были связаны в 2008 году со светлой кожей и светлым цветом волос в исследовании северных европейцев.
Но в лаборатории Брауна команда смогла точно доказать, как TPC2 влияет на пигментацию. Они работали с клетками кожи мыши и клетками глаза лягушки, меланосомы которых больше, чем у клеток человека.
В остальном все те же белки и механизмы, что и у людей.
Выполняя прямые электрические измерения меланосом, команда обнаружила большой входящий ток (отрицательный электрический заряд), соответствующий выходящим положительным ионам. Они показали, что ток не зависит от тока, регулируемого OCA2, и зависит от липида под названием PI (3,5) P2, находящегося в мембране меланосомы.
Ток соответствовал тому, который обычно вырабатывается ионными каналами TPC. Когда исследователи заблокировали каналы TPC с помощью соответствующего химического вещества, называемого верапамилом, ток прекратился. Дальнейшие испытания показали, что TPC2, а не TPC1, находится по всей мембране меланосомы.
Затем появился дымящийся пистолет.
Команда удалила ген TPC2 с помощью редактирования гена CRISPR-Cas9 и обнаружила, что это не только устраняет текущий приток, но и то, что добавление человеческого белка TPC2 восстанавливает его.
Они заметили, что клетки с пониженным уровнем TPC2 содержат больше меланина, что позволяет предположить, что TPC2 является негативным регулятором пигментации.
Оттуда они показали, что меланосомы с TPC2 были немного более кислыми, чем без него, и что они действительно напрямую конкурируют с OCA2. Кислотность имеет значение, потому что главный фермент, который опосредует синтез меланина, тирозиназа, активен только при нейтральной кислотности.
Пигментная картина
Даже после добавления своих новых открытий о TPC2 к тому, что они узнали о OCA2, команда не закончила изучать, как работают меланосомы.
Oancea предположил, что может быть задействовано больше ионных каналов или других механизмов.
Для людей с альбинизмом одним из самых больших вопросов остается, как превратить полученные знания в жизнеспособную стратегию в отношении наркотиков. Oancea предупредила, что TPC2 может быть целью, но он не только функционирует в меланосомах.
«Поскольку TPC2 является негативным регулятором пигментации, специфические блокаторы TPC2 могут быть использованы для компенсации дефектов пигментации, вызванных кислым pH меланосом», – сказала она. «К сожалению, это непростая задача, потому что каналы TPC2 также выполняют важные клеточные функции в лизосомах непигментных клеток, и блокирование TPC2 не только увеличивает пигментацию, но и мешает другим жизненно важным функциям, опосредованным ионным каналом. Местная доставка специфических блокаторов TPC2 к меланоцитам может быть способом обойти эту проблему."
С каждым исследованием картина пигментации становится чуть более окрашенной.