Метод визуализации открывает новую роль белка клеточного «скелета»

В то время как ваш скелет помогает вашему телу двигаться, тонкие скелетоподобные нити внутри ваших клеток также помогают клеточным структурам сохранять форму и прочность. Теперь исследователи центра биофотоники Солка разработали новый метод визуализации, который позволяет им контролировать небольшое подмножество этих волокон, называемое актином.

«Актин — самый распространенный белок в клетке, он распространяется по всей клетке», — говорит Ури Мэнор, директор центра биофотоники Солка и автор статьи. «До сих пор было действительно трудно сказать, где находятся отдельные молекулы актина, представляющие интерес, потому что трудно отделить соответствующий сигнал от всего фона».

С помощью новой техники визуализации команда Солка смогла выяснить, как актин опосредует важную функцию: помогает клеточным «электростанциям», известным как митохондрии, делиться на две части. Работа, опубликованная в журнале Nature Methods 10 августа 2020 года, может дать лучшее понимание митохондриальной дисфункции, которая связана с раком, старением и нейродегенеративными заболеваниями.

Деление митохондрий — это процесс, посредством которого эти генерирующие энергию структуры или органеллы делятся и размножаются в процессе нормального функционароивния клеток. Органеллы делятся не только при делении самой клетки, но также при сильном стрессе или повреждении митохондрий. Однако точный способ, которым одна митохондрия отделяется от двух митохондрий, был плохо изучен, особенно загадкой было как происходит первоначальное сжатие.

Исследования показали, что полное удаление актина из клетки, среди многих других эффектов, приводит к меньшему расщеплению митохондрий, что говорит о важной роли актина в этом процессе. Разрушение всего актина вызывает столько клеточных дефектов, что трудно изучить точную роль белка в каком-либо одном процессе, говорят исследователи.

Манор и его коллеги разработали новый способ визуализации актина. Вместо того, чтобы метить весь актин в клетке флуоресценцией, они создали зонд актина, нацеленный на внешнюю мембрану митохондрий. Только когда актин находится в пределах 10 нанометров от митохондрий, он присоединяется к сенсору, вызывая усиление сигнала флуоресценции.

Вместо того, чтобы увидеть актин, беспорядочно разбросанный по всем митохондриальным мембранам, как ученые делали ранее, чтобы обнаружить дискретные взаимодействия между актином и органеллами, команда Манора создала яркие горячие точки актина. И когда они присмотрелись, горячие точки были расположены в тех же местах, где другая органелла, называемая эндоплазматическим ретикулумом, она пересекает митохондрии, как считалось ранее, в местах деления. Действительно, наблюдая за тем, как горячие точки актина загораются и исчезают со временем, они обнаружили, что вокруг 97 процентов участков деления митохондрий флуоресцирует актин. (Они предполагают, что актин был также в остальных 3 процентах участков деления, но его не было видно).

«Это самое яркое свидетельство того, что я когда-либо видел, что актин накапливается в местах деления», — говорит Кара Скьявон, соавтор статьи и научный сотрудник лабораторий Ури Мэнора и профессора Солка Джеральда Шаделя. «Это намного легче увидеть, чем при использовании любого другого маркера актина».

Изменяя зонд актина так, чтобы он прикреплялся к мембране эндоплазматического ретикулума, а не к митохондриям, исследователи смогли собрать воедино порядок, в котором различные компоненты присоединяются к процессу деления митохондрий. Результаты исследования показывают, что актин прикрепляется к митохондриям до того, как достигнет эндоплазматической сети. Это дает важное понимание того, как эндоплазматический ретикулум и митохондрии работают вместе, чтобы координировать деление митохондрий.

В дополнительных экспериментах, описанных в предпечатной рукописи, доступной на bioRxiv, команда Манора также сообщает, что такое же накопление актина, связанного с эндоплазматическим ретикулумом, наблюдается в тех местах, где разделяются другие клеточные органеллы, включая эндосомы, лизосомы и пероксисомы. Это предполагает новую широкую роль подмножества актина в динамике органелл и гомеостазе (физиологическом равновесии).

В будущем команда надеется изучить, как генетические мутации, которые, как известно, изменяют митохондриальную динамику, могут также влиять на взаимодействие актина с митохондриями. Они также планируют адаптировать зонды актина для визуализации актина, близкого к другим клеточным мембранам.

«Это универсальный инструмент, который теперь можно использовать для множества различных приложений», — говорит Тонг Чжан, специалист по световой микроскопии в Солка и соавтор статьи. «Отключив целевую последовательность или нанотело, вы можете решить другие фундаментальные вопросы клеточной биологии».

«Мы живем в золотой век микроскопии, когда постоянно изобретаются новые инструменты со все более высоким разрешением; но, несмотря на это, все еще существуют серьезные ограничения на то, что вы можете увидеть », — говорит Мэнор. «Я думаю, что сочетание этих мощных микроскопов с новыми методами, которые выбирают именно то, что вы хотите увидеть, — это новое поколение изображений».

Другими исследователями в исследовании были Полин Уэльс, Леонардо Андраде, Мелисса Ву, Цунг-Чанг Сун, Елена Дайн и Джеральд Шадель из Солка; Бинг Чжао и Роберт Гроссе из Фрайбургского университета; Эндрю Мур из Медицинского института Говарда Хьюза; и Жасмин Фен и Омар Кинтеро из Университета Ричмонда.

Центр продвинутой биофотоники Уэйтта (где находится центр биофотоники Солка) финансируется Фондом Уэйтта и Национальным институтом рака. Работа и задействованные исследователи также были поддержаны центром трансгенных трансгенных вирусов Солка, Национальными институтами здравоохранения, Национальным институтом общих медицинских наук, Научной программой Human Frontier Science Program, Центром исследований интегративных биологических сигналов и Школой искусств и наук Университета Ричмонда.

Юрий Карапетян
Я принимаю заказы на услуги копирайтинга в режиме 24/7, работаю быстро, с соблюдением заранее оговоренных сроков, без потери качества. Звоните или пишите (Tlegram, WhatsApp, Viber) — +380978813716

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *