Клеточные структуры, такие как мембраны, цитоскелет и геном ДНК, образуют динамический трехмерный лабиринт внутри клетки. Белки должны найти свой путь через него, чтобы достичь тех участков, где они активны.
Соответственно, пространственная структура внутренней части клетки является ключевым фактором для транспорта белка и функции клетки. «Клеточные структуры были визуализированы во многих микроскопических исследованиях. Но до сих пор неясно, как диффундирующий белок в клетке« чувствует »эту внутреннюю сеть препятствий», — говорит доктор Риппе.
Чтобы ответить на этот вопрос, его команда разработала метод вывода клеточной топологии на основе случайного движения белков. Команда создала собственную систему флуоресцентной спектроскопии для наблюдения за флуоресцентными белками. По словам Карстена Риппе, самыми большими препятствиями были плотно упакованные участки ДНК в ядре клетки.«Белок в клетке движется так же, как шарик в лабиринте, пробираясь через лабиринт», — сказал Майкл Баум, первый автор исследования, проводивший исследование в рамках своей докторской диссертации в Гейдельбергском университете.
Шарики легко перемещаются на короткие расстояния, но затем сталкиваются с препятствием и при движении замедляются. Это приводит к тому, что движение на большие расстояния с остановками и пониженной средней скоростью. В своем анализе перемещений белков исследователи из Гейдельберга нанесли на карту расстояния и соответствующее время транслокации, необходимые для этого путешествия, что привело к среднему расстоянию между препятствиями. Математическая модель, основанная на этих данных, позволила ученым описать измеренное движение белков в клетке и восстановить ее топологию — со значительно лучшим разрешением, чем это возможно в настоящее время с изображениями световой микроскопии, как указывает доктор Риппе.
«Препятствующая структура, с которой сталкивается белок, движущийся через клетку, пористая, как губка», — объясняет исследователь из Гейдельберга. Иногда более крупные белки оказывались в ловушке этой динамической структуры на несколько минут. Кроме того, было обнаружено, что лекарства, используемые в химиотерапии или для лечения малярии, влияют на подвижность белков в ядре и делают ДНК более проницаемыми. Доктор Риппе и его команда теперь планируют применить свой новый подход в дальнейших экспериментах в Центре BioQuant Гейдельбергского университета и Немецком центре исследования рака.
Они будут сосредоточены на взаимосвязи между вызванными лекарствами изменениями в структуре клетки и транспортом белка, а также на дерегулировании этого процесса, связанном с заболеванием.