Что общего между белками и дикими медведями? Точно так же, как маркировка диких животных позволяет исследователям наблюдать и отслеживать их естественное поведение, исследователи-молекулы используют метки для отслеживания мельчайших перемещений белков в клетках. Несмотря на разницу в размерах цели, задача остается прежней: как пометить объект, не меняя его обычного поведения.
В течение более десяти лет эта проблема сдерживала исследования по пониманию динамики ключевого клеточного сенсора, называемого mTORC1 (мишень рапамицинового комплекса 1 у млекопитающих), многобелкового комплекса.mTORC1 отвечает за регуляцию роста клеток в ответ на благоприятные или неблагоприятные условия. В условиях, когда клетка получает ограниченное количество питательных веществ, mTORC1 неактивен, что стимулирует процессы повторного использования и рециркуляции клеток (аутофагии). Когда mTORC1 обнаруживает доступные питательные вещества, он включает соответствующий путь синтеза в клетке, чтобы в полной мере использовать их, например, при избытке аминокислот (строительных блоков белков) mTORC1 запускает синтез белка. Предыдущие исследования показали, что ингибирование субъединицы комплекса mTOR увеличивает продолжительность жизни, указывая на то, что mTOR, вероятно, является наиболее важным регулятором старения из-за его роли в управлении клеточным обновлением и ростом..
Теперь впервые исследователи из Института Бэбрахама смогли успешно пометить белок в этом комплексе, чтобы наблюдать за его внутриклеточным движением в режиме реального времени. Открытие того, как ведет себя этот комплекс, изменяет современные представления об активации и передаче сигналов mTORC1 и предоставляет новые инструменты для анализа роли mTORC1 в управлении ростом клеток. Исследование опубликовано сегодня в журнале eLife.
Сконструировав активную форму mTORC1 с флуоресцентной меткой и используя возможности Института визуализации в реальном времени, исследователи смогли отследить временной ход того, что произошло с mTORC1 в «голодных» клетках после добавления аминокислот. одно из питательных веществ, измеряемых mTORC1. mTORC1 имеет разные клеточные местоположения в зависимости от того, активен он или неактивен. При активации mTORC1 перемещается из цитоплазмы клетки, чтобы прикрепиться к поверхности лизосом, клеточных мембранных мешочков, которые отвечают за переваривание белков и других клеточных компонентов. Неизвестно было, как быстро это произошло. Исследователи обнаружили, что перемещение mTORC1 к лизосомной мембране происходит в течение двух минут после добавления аминокислот в клеточную среду и что mTORC1 снова отсоединяется примерно через три-четыре минуты.
Д-р Николас Ктистакис, руководитель исследовательской программы Института по передаче сигналов и старший автор статьи, сказал: «Активная помеченная версия mTORC1 представляет собой важный новый инструмент, который мы можем использовать для наблюдения за динамикой mTORC1 в реальном времени. и далее исследовать сложности передачи сигналов mTORC1. Обнаружение скорости перемещения mTORC1 в лизосомы было действительно поразительным, и когда мы объединим это с данными, показывающими временной период активности киназы mTOR, мы увидим, что это требует переосмысления наших существующих моделей и поднимает новые вопросы».
В дополнение к маркировке mTORC1 исследователи использовали опыт Института в области биологической химии для получения флуоресцентно меченной аминокислоты (лейцина). Это первый флуоресцентный реагент, способный активировать mTORC1 и видимый под микроскопом. Использование как флуоресцентно-меченого mTORC1, так и лейцина позволило наблюдать в режиме реального времени как вход аминокислот в лизосомы, так и последующее движение mTORC1 в клетке.
Доктор Мария Манифава, старший научный сотрудник Института Бэбрахама и соавтор статьи, сказала: «Предоставив модель активности mTORC1 в зависимости от времени в связи с ее динамической локализацией, мы обнаружили, что существует популяция mTORC1 в клетке, которая больше не находится на лизосомах, но тем не менее активна. Чтобы объяснить это, мы предполагаем, что локализация mTORC1 в лизосомах каким-то образом модифицирует его, чтобы поддерживать свою активность, даже когда он снова отсоединяется».: «Наши следующие шаги - определить эффект взаимодействия mTORC1 со структурой лизосомы, который позволяет ему сохранять свою активность после отсоединения. Знание этого позволит получить более полную картину этапов распознавания аминокислот с помощью mTORC1».