Плазматическая мембрана служит основным центром сигнальных каскадов для контроля важнейших клеточных процессов. Но это текучая среда, что затрудняет мониторинг сигнальных процессов. Теперь немецкие ученые разработали молекулярную технику «кисти», которая запускает, контролирует, а также контролирует сигнальные процессы. Как они пишут в журнале Angewandte Chemie, их модульная система, состоящая из активируемых светом молекулярных строительных блоков, может, например, вызывать упорядоченное сокращение внутри живых клеток.
Плазматическая мембрана представляет собой плотный липидный барьер, окружающий клетку. Мембранные белки контролируют приток и отток воды, ионов, белков и других соединений. Внеклеточные сигналы передаются рецепторами через мембрану для запуска внутриклеточных процессов, таких как движение или дифференцировка клеток. Визуализация таких событий на молекулярном уровне по-прежнему представляет собой серьезную проблему, в основном из-за быстрой диффузии белковых рецепторов в плазматической мембране. Поэтому группы Лейфа Демельта из Института молекулярной физиологии Макса Планка и Яовена Ву из Центра химической геномики Общества Макса Планка в Германии разработали новую технологию, названную «Окрашивание молекулярной активности» (MAP), которая сочетает в себе иммобилизацию и активация, контролируемая светом: искусственные рецепторы, плотно закрепленные на клеточном субстрате, снабжены разработанной модульной молекулярной системой. Один световой импульс активирует модульные строительные блоки, которые могут запускать локальные сигнальные каскады, в конечном итоге приводящие к движениям цитоскелета. Эта технология делает клеточный ответ видимым, как мазок кистью по мембране.
Ядром технологии MAP является растворимая многокомпонентная молекула, собранная из четырех функциональных частей: хлоралкильного фрагмента, полимерного (ПЭГ) линкера, молекулярной группы под названием триметроприм или ТМП и светочувствительной группы под названием Nvoc. Этот «химический димеризатор в клетке», как его называют, может выполнять несколько задач: через свою хлоралкильную группу он связывается с искусственным рецептором, который прочно закреплен и иммобилизован на клеточном субстрате. Группа Nvoc может быть удалена («без клетки») одним световым импульсом. Затем фрагмент TMP без клетки подвергается воздействию сконструированного фактора, чтобы индуцировать сигнальный каскад в клетке. Вся система направлена на одну цель: контроль и визуализация молекулярной функции в живых клетках.
Используя эту технологию, ученые индуцировали упорядоченное сокращение актомиозина внутри живой клетки млекопитающего. Или, точнее, они «нарисовали» букву «Н» на плазматической мембране живой клетки.««Раскрашивание молекулярной активности» […] позволяет переключать структурные возмущения регуляторных сетей с точностью до микрометра», - предлагают ученые.