Первое трехмерное наблюдение наномашин, работающих внутри клеток

Исследование, опубликованное в журнале Cell, раскрывает ключевые функциональные особенности сборки белков, которые жизненно важны для животных и растений.Сегодня ученые из Института исследований в области биомедицины (IRB Barcelona) представляют исследование в Cell, в котором они впервые в жизни смогли наблюдать белковые наномашины (также называемые белковыми комплексами) — структуры, отвечающие за выполнение функций клетки. ячеек и в 3D. Эта работа была проведена в сотрудничестве с исследователями из Женевского университета в Швейцарии и Андалузского центра биологии дель Десарролло в Севилье.

В настоящее время биологи, изучающие функцию белковых наномашин, изолируют эти комплексы в пробирках, отделенных от клетки, а затем применяют методы in vitro, которые позволяют им наблюдать их структуру до атомного уровня. В качестве альтернативы они используют методы, которые позволяют анализировать эти комплексы в живой клетке, но дают мало структурной информации.

В этом исследовании ученым удалось непосредственно наблюдать за структурой белкового аппарата в живых клетках, пока он выполняет свою функцию.«Доступные методы in vitro превосходны и позволяют нам проводить наблюдения на атомарном уровне, но предоставляемая информация ограничена. Мы не узнаем, как работает двигатель, если мы рассмотрим его и посмотрим только на отдельные части. Нам нужно увидеть двигатель собран в машине и работает.

В биологии у нас до сих пор нет инструментов для наблюдения за внутренней работой живой клетки, но метод, который мы разработали, является шагом в правильном направлении, и теперь мы можем видеть, в 3D, как белковые комплексы выполняют свои функции », — объясняет Ориол Галлего, исследователь IRB Barcelona и координатор группы, которая провела это исследование, в котором также участвовала аспирантка Ирен Пазос.Наблюдая за работой нанометрического оборудованияНовая стратегия объединяет методы микроскопии сверхвысокого разрешения — открытие, получившее Нобелевскую премию по химии 2014 года -, клеточной инженерии и компьютерного моделирования. Эта технология позволяет нам наблюдать белковые комплексы с точностью до 5 нм *, разрешение «в четыре раза лучше, чем у сверхвысокого разрешения, и это позволяет нам проводить исследования клеточной биологии, которые ранее были невозможны», — объясняет Галлего. (* нм — миллионная часть миллиметра.

Волосы имеют ширину 100 000 нм)Исследователи генетически модифицируют клетки, чтобы создать внутри искусственные опоры, на которых они могут закрепить белковые комплексы. Эти опоры сконструированы таким образом, чтобы позволить им регулировать угол обзора иммобилизованного наномашинного устройства.

Затем, чтобы определить трехмерную структуру белкового комплекса, они используют методы сверхвысокого разрешения для измерения расстояний между различными компонентами, а затем интегрируют их в процесс, аналогичный тому, который используется в GPS.Основные особенности экзоцитозаГаллего использовал этот метод для изучения экзоцитоза — механизма, который клетка использует для связи с внешним миром.

Например, нейроны общаются друг с другом, высвобождая нейротрансмиттеры посредством экзоцитоза. Исследование позволило ученым раскрыть всю структуру ключевой наномашины в экзоцитозе, что до сих пор оставалось загадкой. «Теперь мы знаем, как работает этот механизм, состоящий из восьми белков, и для чего важен каждый белок. Эти знания помогут нам лучше понять участие экзоцитоза в раке и метастазировании — процессах, в которых этот наномеханизм изменяется, "- объясняет он.

Новые исследованияПонимание того, как наномашины выполняют свои клеточные функции, имеет биомедицинское значение, поскольку изменения во внутренней работе могут привести к развитию заболеваний. С этой новой стратегией можно будет изучать механизмы клеточного белка в состоянии здоровья и болезни.

Например, можно было бы увидеть, как вирусы и бактерии используют белковые наномашины во время инфекции, и лучше понять дефекты комплексов, которые приводят к заболеваниям, чтобы разработать новые терапевтические стратегии, которые обращают их вспять.Техника может использоваться на относительно больших комплексах. «Возможность видеть белковые комплексы размером 5 нм — это большое достижение, но предстоит еще долгий путь, чтобы иметь возможность наблюдать внутреннюю часть клетки в атомном масштабе, который позволяют методы in vitro», — говорит Галлего. «Но, — продолжает он, — я думаю, что будущее заключается в интеграции различных методов и объединении силы каждого из них».Более пяти лет Oriol Gallego разрабатывал этот проект в рамках программы молекулярной медицины IRB Barcelona по контракту с исследователем Ramon y Cajal, заключенному Министерством экономики и конкурентоспособности, и этот проект скоро истечет.

Галлего уже организовал два исследовательских стажировки в Японии и Германии, чтобы узнать больше об интеграции методов микроскопии. «После этого я хотел бы продолжить исследования на высшем уровне в Барселоне, и я надеюсь, что это исследование, опубликованное в Cell, поможет мне в этом», — комментирует молодой исследователь, чье внимание сосредоточено на биологии белковых комплексов и разработка технологии, которая «делает невидимое видимым».

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *