Биологические мембраны, такие как мембраны, окружающие клетки животных, состоят из липидов и белков. Поскольку эти молекулы обычно плохо смешиваются, они распределяются в разных областях мембраны. Эта сегрегация достигается несколькими способами, включая образование доменов на основе определенных липидов, таких как холестерин или сфингомиелин (СМ). Эти два липида необходимы для образования зависимых от холестерина рафт-доменов, которые необходимы для передачи сигналов внутри плазматической мембраны. Однако было неясно, как СМ взаимодействуют с другими молекулами рафт-доменов, в основном из-за отсутствия подходящего синтетического зонда СМ. Теперь исследования, проведенные Университетом Осаки в сотрудничестве с JST ERATO Lipid Active Structure Project, позволили разработать новые флуоресцентные синтетические молекулы (аналоги), которые структурно имитируют СМ и могут быть изучены в живых клетках. Исследование было опубликовано в Journal of Cell Biology..
Существующие флуоресцентные аналоги СМ ведут себя иначе, чем их полнофункциональные природные аналоги. Например, они обычно разделяются на жидкую фазу, отличную от той, что наблюдается в живых мембранах. Более того, те синтетические аналоги, которые расщепляются на правильную жидкую фазу, производят слабый флуоресцентный сигнал, быстро теряют пигмент или иногда требуют возбуждения УФ-светом..
Исследователи из Университета Осаки преодолели эти ограничения с помощью флуоресцентных аналогов СМ, присоединив несколько флуоресцентных химических соединений (флуорофоров), обладающих высокой гидрофильностью, к гидрофобной липидной части (в основном, ацильным цепям) синтетической молекулы.«Мы позаботились о том, чтобы положительный заряд головной группы сохранялся, не изменяя ее липидную часть», - говорит соавтор Масанао Киношита. «Это было достигнуто путем отделения флуоресцентных соединений от головной группы с использованием длинного линкерного компонента».
После подтверждения того, что синтетические молекулы ведут себя так же, как природные СМ, используя простые модельные мембраны, команда затем использовала высокочувствительную визуализацию одиночных молекул для мониторинга роли СМ в мембранах живых клеток.
«Мы наблюдали взаимодействие аналогов SM друг с другом и с CD59, типом липидного рецептора, который обычно используется для связывания белков с плазматической мембраной», - говорит автор-корреспондент Нобуаки Мацумори. «Было показано, что эти взаимодействия иногда требуют присутствия холестерина, а также алкогольного компонента SM».
Дальнейший анализ выявил динамическое поведение SM, поскольку они быстро связывались и диссоциировали от рафт-доменов с участием различных образований CD59 и с плазматической мембраной. Эти результаты могут помочь в изменении будущих молекулярных взаимодействий, таких как увеличение их скорости или сложности.