Исследователи из Японии, Индии и Франции обнаружили, что молекулы перемещаются в и из специализированной области клеточной мембраны, называемой «плотовым доменом», с неожиданно высокой скоростью. Открытие стало возможным благодаря разработке флуоресцентных соединений, которые структурно подобны особому классу липидов, называемых сфингомиелинами, и использованию самодельного флуоресцентного микроскопа, достаточно чувствительного для обнаружения отдельных флуоресцентных молекул.
Сфингомиелины являются ключевыми молекулами для сигнальных функций и формирования рафт-доменов. Но как они опосредуют сигнальные функции доменов, было неизвестно.
Группа исследователей под руководством Акихиро Кусуми и Кеничи Судзуки из Института интегрированных наук о клеточных материалах Киотского университета (iCeMS) разработала флуоресцентные соединения, которые структурно похожи на сфингомиелины и ведут себя аналогичным образом. Чтобы сделать эти флуоресцентные «аналоги», они присоединили гидрофильную (предпочитающую воду) флуоресцентную молекулу к «головной» части синтетического сфингомиелина с гидрофильной линкерной группой между ними, не изменяя критический положительный заряд в головной группе. Такое расположение гарантировало, что флуоресцентная молекула была помещена вдали от внутренней части клеточной мембраны и не мешала функции сфингомиелина, к которому она была прикреплена, или функции клеточной мембраны.
Когда флуоресцентные аналоги сфингомиелина были включены в клеточную мембрану живых клеток млекопитающих в культуре, они постоянно и очень динамично входили и выходили из доменов рафта клеточной мембраны. Рафт-домены чрезвычайно малы, около 1/1000 ширины человеческого волоса. Но они занимают от 10 до 20% площади клеточной мембраны. Совершенно неожиданно сфингомиелины провели только 12 и 50 миллисекунд внутри домена рафта до и после внеклеточной иммуностимуляции соответственно. Для сравнения, глаз моргает примерно за 400 миллисекунд.
Обнаружение очень короткого времени пребывания сфингомиелинов в доменах рафтов представляет собой большой сдвиг парадигмы в области исследований клеточной биологии, молекулярной иммунологии и молекулярной нейробиологии. Ранее большинство исследователей в этих областях считали, что липиды, связанные с рафтом, включая сфингомиелины, стабильно локализованы в доменах рафта.
Результаты предполагают, что разработанные здесь флуоресцентные аналоги сфингомиелина будут чрезвычайно полезны для изучения взаимодействий сфингомиелина со многими другими связанными с рафтом молекулами и доменами рафта, а также для понимания механизмов передачи сигналов клеточной мембраны и инвазии различных возбудителей», - заключают исследователи.