Чтобы выжить, клеткам нужно делать именно это!

Чтобы выжить и выполнить свои биологические функции, клеткам необходимо брать материал из среды.

В ходе данного процесса белки в клетках втягивают внутрь мембраны, формируя подобие ям, в которых в итоге инкапсулируется материал в пузырьке.

И вот теперь исследователи из университета Пенсильвании показали отношения, управляющие данным процессом под названием эндоцитоз.

Новое исследование, опубликованное в издании Nature Communications, показало, что порог, при котором белки успешно формируют пузырьки, основан на количестве втягивающих белков и натяжении мембраны. Если натяжение мембраны падает, для достижения критической массы требуется уже меньше белков.

Вычислить порог у конкретной клетки было бы важно для понимания многих биологических процессов. При целом спектре заболеваний нарушается нормальный эндоцитоз, а потому изменение данного порога может стать основой будущих терапий.

Отношения между активностью белков и натяжениями мембран могут также помочь объяснить недавно открытую тропу ультрабыстрого эндоцитоза, в которой клетки временами способны формировать пузырьки за несколько миллисекунд, в тысячи раз быстрее, чем обычно.

Исследование провели доцент Тобиас Бомгарт и аспирант Чжень Ши.

Биохимики определили класс белков, которые облегчают эндоцитоз, натягивая клеточную мембрану. Однако роль каждого из белков данного класса и точное количество белков, необходимое для формирования пузырьков, остаются неясными. Методы микроскопии с достаточным разрешением не позволяют увидеть эндоцитоз в действии.

«Существуют мощные методы, которые позволяют ясно увидеть на молекулярном уровне, как белки меняют форму мембран», сказал Ши. „Однако важнее увидеть изменение процесса со временем, поскольку часто образцы приводятся в твердое состояние, например, с помощью заморозки. По той же причине существующие методы не позволяют контролировать натяжение клеточной мембраны“.

«Наш подход основан на технологии, разработанной в нашей лаборатории», сообщил Бомгарт. „Эта технология может использоваться для контроля над натяжением мембраны и визуализации процесса белкового связывания мембраны в реальном времени“.

Чтобы обойти ограничения микроскопов, исследователи разработали технологию для выведения необходимой информации из образцовой системы.

Они создали автономные клеточные мембраны, маркированные флуоресцентно и частично всосанные пипеткой. Стандартное всасывание втянуло небольшую часть мембраны в пипетку, формируя вытянутость в сферической модели клетки.

Исследователи поместили образцовую клетку в ванну сгибающих мембрану белков, флуоресцентно подсвеченных разными цветами. Белки прикрепились к экстерьеру образцовой клетки и запустили эндоцитоз в нескольких местах одновременно.

«С точки зрения белков не имеет значения, что они за пределами образцовой клетки. Для них это в любом случае плоская поверхность», сказал Бомгарт.

белки сумели вытянуть часть мембраны из пипетки и укоротили длину втянутой области. Измерив изменения, ученые сумели обозначить точку, в которой на мембране образцовой клетки начался эндоцитоз. Затем, благодаря интенсивности флуоресцентных маркеров, ученые сумели вычислить общее количество белка в той точке.

Изменение силы всасывающего давления пипетки также изменило натяжение образцовой клеточной мембраны в целом, позволив ученым напрямую наблюдать роль, которую натяжение играет в отношении числа сгибающих мембрану белков.

Взаимодействие между этими двумя факторами означает, что порог начала эндоцитоза можно снизить не только развертыванием большего числа белков, но и снижением натяжения мембраны в целом. И хотя весь механизм исследовать в образцовых клетках не было возможно, последний метод мог бы объяснить скорость ультрабыстрого эндоцитоза в клетках.

«Это похоже на отправку сообщения вашему другу с помощью телефонного звонка, а не передачи лицом к лицу», сказал Бомгарт. „Сигнал натяжения волнообразно размножается по клеточной мембране, что намного быстрее, чем выработка большего числа белков, которым нужно физически добраться до места формирования пузырька“.

Хотя в эксперименте использовался лишь один тип сгибающего мембрану белка, в будущем исследовании данная технология позволит ученым исследовать роль других участников эндоцитоза.