Объем клетки может сильно различаться. Подобно накачивающему баллону, объем роста растущих клеток надвигается на плазматическую мембрану - оболочку липидов, которая окружает клетку. Это давление увеличивает натяжение мембраны, которая, если ее оставить нескорректированной, в конечном итоге приведет к разрыву клетки. Чтобы этого не происходило, клетки развили механизмы для контроля натяжения их плазматической мембраны. Когда напряжение слишком велико, клетки реагируют, увеличивая количество липида в мембране. И наоборот, когда напряжение слишком низкое, клетки удаляют липид из мембраны, чтобы «затянуть» его. Как клетки умудряются ощущать напряжение и вызывать соответствующий биологический ответ, остается загадкой. Это было трудно решить из-за отсутствия инструментов для изучения мембранного напряжения в живых клетках. Для решения этой проблемы исследователи из Женевского университета (UNIGE) и Национального центра компетенции в области научной химической биологии (NCCR) объединили свои усилия для создания флуоресцентной молекулы для измерения натяжения плазматической мембраны живых клеток. Используя этот новый инструмент, они смогли узнать, как клетки адаптируют свою поверхность к их объему. Эти результаты, опубликованные в Nature Chemistry and Nature Cell Biology, прокладывают путь для многих применений, в том числе при обнаружении раковых клеток, которые обычно проявляют аберрантно высокое мембранное напряжение.
Когда объем клетки увеличивается, напряжение, действующее на его мембрану, увеличивается, вызывая активацию TORC2 - комплекса белков, который создает предупреждающие сигналы внутри клетки. «Клеточная мембрана состоит из липидов, организованных в полупроницаемый двухслойный слой», объясняет Аурелиен Ру, профессор кафедры биохимии факультета наук УНИГЕ и член НКРС. «Эта поверхность является жидкой, позволяя большой адаптации мембраны к изменениям формы и объема клетки. Как и любая поверхность, ее можно растянуть, а затем пространство между липидами увеличивается. Когда это пространство становится слишком большим, и мембрана может перерыв, белок, названный Slm1, активирует TORC2 для получения сигналов, которые подталкивают клетку для получения новых липидов и, в свою очередь, уменьшают напряжение клеточной мембраны ». Но как мы можем измерить напряжение, необходимое для запуска этого процесса?
Флуоресцентная молекула в качестве зонда мембранного напряжения
Чтобы оценить натяжение клеточной мембраны, необходимо уметь измерять пространство между липидами, которые составляют эту мембрану. Стефан Матиле, профессор кафедры органической химии факультета наук УНИГЕ и член НЦПР, создал «зонд-молекулу» под названием FliptR (флуоресцентный липидный регулятор натяжения), который спонтанно интегрируется между липидами плазматической мембраны. «Мы разработали флуоресцентную молекулу с двумя маленькими« плавниками», которые определяют определенный угол между ними, он объясняет, с энтузиазмом. Этот угол изменяется в зависимости от давления, оказываемого на FliptR, что изменяет его флуоресценцию». Воспользовавшись этой разницей во флуоресцентных свойствах молекулы, группа профессора Руса смогла измерить пространство между липидами и, следовательно, натяжение мембраны.
С созданием FliptR у исследователей есть ценный новый инструмент для измерения натяжения плазматической мембраны в живых клетках. «Мы знаем, что раковые клетки имеют более высокое мембранное напряжение, чем нормальные клетки. Мы надеемся, что эта флуоресцентная молекула однажды поможет легче обнаружить их», - добавляет Стефан Матиле.
И когда дело доходит до уменьшения напряжения в клетке?
Когда напряжение плазменной мембраны увеличивается, TORC2 активируется, и это приводит к тому, что липиды приводят к более низкому напряжению обратно к базальным значениям. Но что происходит, когда напряжение мембраны слишком низкое и должно быть увеличено? «Сначала мы думали, что это происходит через тот же механизм, что и в обратном направлении, но история оказалась намного интереснее!» говорит Робби Лоувит, профессор кафедры молекулярной биологии факультета науки УНИГЕ, а также член НКРС. Действительно, начальные исследования показали, что активатор TORC2 Slm1, участвующий в определении слишком большого напряжения мембраны, неожиданно не играет никакой роли в реакции на слишком небольшое натяжение. «С другой стороны, мы наблюдали, что конкретный липид, присутствующий в плазматической мембране, называемый PIP2, является датчиком для слишком небольшого натяжения мембраны».
Когда мембранное напряжение уменьшается, PIP2, ранее смешанный с другими липидами, самосегрегается, чтобы образовать «острова» PIP2 в море оставшихся липидов в мембране в процессе, не похожим на спонтанное разделение. Поскольку один из белков TORC2 связывает PIP2, TORC2 также перераспределяет эти островки PIP2. После поглощения этими островками TORC2 становится инактивированным. «Липиды клеточной мембраны, естественно, деградируют, и активность TORC2 необходима для их замены», - объясняет Робби Лоувит. Но когда TORC2 ингибируется внутри островков PIP2, деградированные липиды больше не заменяются, что приводит к увеличению натяжения плазматической мембраны. Если этот процесс повторной калибровки блокируется, клетки не могут регулировать напряжение их плазматической мембраны и умирать.
Химический измерительный инструмент, помогающий исследованиям в области биологии
Благодаря методу измерения натяжения, разработанному Стефаном Матиле и Аурелиеном Ру, команды профессоров Ру и Лоуита могли провести эксперименты на модельных клетках - дрожжах - и измерить изменения натяжения плазматической мембраны. «Мембранное напряжение является очень важным параметром для контроля во всех клеточных процессах, в которых задействованы мембраны, таких как подвижность, эндоцитоз (процесс, через который клетка питается) или деление клеток, и особенно в случае развития рака». Ученые теперь сосредоточены на проверке того, является ли механизм, наблюдаемый у дрожжей, одним и тем же в клетках человека, с долгосрочной идеей разработать лекарства, способные регулировать TORC2, или даже предотвращать развитие определенных видов рака.
Источник: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180827110828.htm
Комментарии
Пока комментариев нет
Новый комментарий