Название «аутофагия» происходит от греческого языка и означает «самопоедание». Как бы странно это ни звучало, это незаменимый процесс, используемый для очистки клеток от поврежденных органелл и белков. Внутри лизосом старые клеточные части распадаются на строительные блоки, которые используются для создания новых. В последнее время аутофагия стала очень активной областью изучения и была в центре Нобелевской премии по физиологии и медицине Ёсинори Осуми в 2016 году.
Одним из примеров клеточных органелл, которые необходимо периодически перерабатывать, является митохондрия. Тщательное регулирование этого процесса имеет важное значение, и клетки, которые не делятся регулярно, как нервные клетки, особенно уязвимы. Если в клетках накапливаются дефектные митохондрии, они могут повредить сами себя.
Это происходит, например, при болезнях Альцгеймера и Паркинсона, когда накопление поврежденных митохондрий и агрегированных белков приводит к гибели нейронов.Известно, что аутофагия (или митофагия, в конкретном случае митохондрий) происходит путем слияния двух разных органелл, в данном случае: митохондрий и лизосом. Однако наблюдение за поведением и слиянием митохондрий и лизосом внутри клеток было сложной задачей.
На сегодняшний день большинство этих исследований основано на флуоресцентных белках, прикрепленных к одной органелле, что позволяет ученым одновременно наблюдать только одну органеллу. Более того, сами флуоресцентные белки разрушаются во время аутофагии, что затрудняет точное изучение механизма.Ученые IBS из POSTECH разработали количественную процедуру для визуализации митохондрий и лизосом с течением времени.
Относительно простой и недорогой метод более точен, чем существующие. В нем используются полые бочкообразные синтетические молекулы, известные как кукурбитурил (CB [7]), которые связываются с исключительно высокой прочностью связывания с молекулой, называемой адамантиламином (AdA), и не могут разлагаться лизосомами. CB [7] был декорирован флуоресцентным красителем (Cy3), а AdA — другим красителем (Cy5).
Сначала CB [7] -Cy3 входит в лизосомы, а Ada-Cy5 — в митохондрии, а затем, когда две органеллы сливаются в процессе рециклинга, CB [7] -Cy3 и Ada-Cy5 связываются вместе. Таким образом, исследовательская группа проследила за поведением различных органелл и наблюдала процесс митофагии, происходящий в живых клетках. Более того, эксперименты показали, что эти два соединения не токсичны для клеток с дозой ниже 800 наномоль.
«Самой сложной частью эксперимента был выбор химикатов. Мы выбрали химические вещества с правильной гидрофильностью, зарядом и размером молекулы для избирательного включения в митохондрии и лизосомы», — объясняет ПАРК Кьенг Мин, один из авторов исследования. учиться.С технической точки зрения новизна этой статьи основана на применении резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET) для изучения аутофагии. FRET — это зависящая от расстояния передача энергии между двумя разными флуоресцентными красителями; в данном случае Cy3 и Cy5.
Когда они достаточно близки, Cy3 отдает энергию Cy5. Ученые фиксируют встречу двух красителей, поскольку передача энергии от Cy3 к Cy5 приводит к снижению интенсивности флуоресценции Cy3 в пользу увеличения интенсивности излучения Cy5.
В будущем подобный метод может быть использован для изучения процессов аутофагии, в которых участвуют другие клеточные органеллы, такие как аппарат Гольджи белковых фабрик и эндоплазматический ретикулум.