В то время как ваш скелет помогает вашему телу двигаться, тонкие скелетообразные нити внутри ваших клеток также помогают двигаться клеточным структурам. Теперь исследователи из Солка разработали новый метод визуализации, который позволяет им отслеживать небольшое подмножество этих филаментов, называемое актином.
«Актин является наиболее распространенным белком в клетке, поэтому, когда вы представляете его, он находится по всей клетке», - говорит Ури Манор, директор Центра биофотоники Солка и соответствующий автор статьи.«До сих пор было очень трудно сказать, где находятся отдельные интересующие молекулы актина, потому что трудно отделить соответствующий сигнал от всего фона».
С помощью новой техники визуализации команда Солка смогла выяснить, как актин выполняет важную функцию: помогает клеточным «электростанциям», известным как митохондрии, делиться надвое. Работа, опубликованная в журнале Nature Methods 10 августа 2020 года, может дать лучшее понимание митохондриальной дисфункции, которая связана с раком, старением и нейродегенеративными заболеваниями.
Митохондриальное деление - это процесс, посредством которого эти структуры, генерирующие энергию, или органеллы, делятся и размножаются как часть нормального клеточного обслуживания; органеллы делятся не только тогда, когда делится сама клетка, но и когда клетки находятся в состоянии сильного стресса или когда митохондрии повреждены. Однако точный способ, которым одна митохондрия разделяется на две митохондрии, плохо изучен, особенно то, как происходит начальное сужение. Исследования показали, что полное удаление актина из клетки, помимо многих других эффектов, приводит к меньшему митохондриальному делению, что указывает на роль актина в этом процессе. Но разрушение всего актина вызывает так много клеточных дефектов, что трудно точно определить роль белка в каком-либо отдельном процессе, говорят исследователи.
Итак, Мэнор и его коллеги разработали новый способ изображения актина. Вместо того, чтобы метить флуоресценцией весь актин в клетке, они создали актиновый зонд, нацеленный на внешнюю мембрану митохондрий. Только когда актин находится в пределах 10 нанометров от митохондрий, он присоединяется к сенсору, вызывая усиление флуоресцентного сигнала.
Вместо того, чтобы увидеть актин, беспорядочно разбросанный по всем митохондриальным мембранам, как это могло бы быть, если бы не было дискретных взаимодействий между актином и органеллами, команда Манора увидела яркие горячие точки актина. И когда они присмотрелись, горячие точки были расположены в тех же местах, где другая органелла, называемая эндоплазматическим ретикулумом, пересекает митохондрии, которые ранее считались местами деления. Действительно, когда команда наблюдала, как горячие точки актина загораются и исчезают с течением времени, они обнаружили, что вокруг 97% участков митохондриального деления флуоресцирует актин. (Они предполагают, что в остальных 3 процентах мест деления также был актин, но он не был виден).
«Это самое явное доказательство того, что актин накапливается в местах деления, которое я когда-либо видел», - говорит Кара Шиавон, соавтор статьи и совместный постдокторант в лабораториях Uri Manor и Salk Professor. Джеральд Шейдл. «Это гораздо легче увидеть, чем при использовании любого другого актинового маркера».
Изменив актиновый зонд так, чтобы он прикреплялся к мембране эндоплазматического ретикулума, а не к митохондриям, исследователи смогли собрать воедино порядок, в котором различные компоненты присоединяются к процессу деления митохондрий. Результаты команды показывают, что актин прикрепляется к митохондриям до того, как достигает эндоплазматического ретикулума. Это дает важное представление о том, как эндоплазматический ретикулум и митохондрии работают вместе, чтобы координировать деление митохондрий.
В дополнительных экспериментах, описанных в предварительной рукописи, доступной на bioRxiv, команда Манора также сообщает, что такое же накопление актина, связанного с эндоплазматическим ретикулумом, наблюдается в местах, где другие клеточные органеллы, включая эндосомы, лизосомы и пероксисомы, разделять. Это предполагает широкую новую роль подмножества актина в динамике органелл и гомеостазе (физиологическое равновесие).
В будущем команда надеется изучить, как генетические мутации, которые, как известно, изменяют митохондриальную динамику, могут также влиять на взаимодействие актина с митохондриями. Они также планируют адаптировать актиновые зонды для визуализации актина, близкого к другим клеточным мембранам.
«Это универсальный инструмент, который теперь можно использовать для самых разных приложений», - говорит Тонг Чжан, специалист по световой микроскопии в Солке и соавтор статьи.«Отключив целевую последовательность или нанотело, вы можете решить другие фундаментальные вопросы клеточной биологии».
«Мы живем в золотой век микроскопии, когда постоянно изобретаются новые инструменты с еще более высоким разрешением, но, несмотря на это, существуют серьезные ограничения того, что вы можете видеть», - говорит Манор. «Я думаю, что сочетание этих мощных микроскопов с новыми методами, которые выбирают именно то, что вы хотите увидеть, - это следующее поколение изображений».