Клеткам необходимы реакции на изменения внешней среды и сбалансированная система сигнальных каскадов внутри клетки. Белки вне клетки, на клеточной поверхности, внутри клеточной мембраны и внутри клетки организуют множество точно настроенных сигнальных путей, результатом которых являются адекватные реакции на условия окружающей среды или изменения в самом организме. Пространственно-временная организация клеточных процессов, например передача клеточных сигналов, поляризация клеток и рост нейритов, часто регулируется внутриклеточным распределением молекул или органелл.
Отдельные белки могут выполнять разные функции, когда расположены в разных субклеточных местах. Одним из примеров является белок Rac1, который контролирует форму скелета клетки на внутриклеточной плазматической мембране, но когда он локализуется в ядре, он регулирует морфологию ядра. Ядерно-цитоплазматический транспорт Rac1 играет важную роль в инвазии опухоли. В нейронах двунаправленный транспорт по аксональным микротрубочкам играет критическую роль в правильном внутриклеточном распределении органелл. Его неправильная регуляция связана с нейродегенеративными заболеваниями. Тем не менее, анализ сложных процессов, включающих цикличность, транспортировку или перемещение сигнальных молекул/органелл между различными клеточными компартментами, остается серьезной проблемой.
Группа Яовэна Ву, недавно ставшего профессором химического факультета Университета Умео, разработала новую технологию под названием «Многонаправленный контроль активности (MAC)», которая позволяет проводить живые исследования клеточных сигнальных процессов. возможный. Исследователи являются пионерами в разработке методов наблюдения за клеточными механизмами в реальном времени в контролируемых условиях. Они использовали фотоактивируемую систему двойной химически индуцированной димеризации (pdCID) для контроля расположения органелл и белков в нескольких местах в одной клетке.
Эта система сочетает в себе две химические реакции, в результате которых в одной клетке образуются белковые димеры. Один из них мог управляться светом.
- Мы показали, что наша фотоактивируемая и химически индуцированная система димеризации может использоваться для контроля функции клеточных органелл и клеточных сигнальных путей в отдельной клетке на точно настроенном и многоуровневом уровне, что было невозможно с помощью существующих методов. до. «Мы объединили две модульные системы параллельным или конкурентным образом, чтобы обеспечить многонаправленный контроль над активностью белков или органелл с помощью малых молекул и света», - говорит Яовэн Ву, который только что открыл свою новую лабораторию на севере Швеции..
Исследовательская группа также может показать, что их новая технология позволяет очень быстро индуцировать и наблюдать за различными клеточными реакциями, а также проводить исследования возмущений, которые были невозможны при использовании традиционных генетических подходов.
Используя этот метод, ученые провели несколько циклов перемещения Rac1 между цитозолем, плазматической мембраной и ядром в одной клетке. Они могли контролировать транспорт пероксисом (клеточной органеллы, участвующей в окислении молекул) в двух направлениях: к периферии клетки и затем к телу клетки, и наоборот. Это как играть в снукер в камере, только в микрометровом масштабе.
- Подход MAC также можно использовать для имитации или вмешательства в болезненные состояния, связанные с расположением белков/органелл, для изучения патогенных механизмов и, в конечном итоге, для помощи в разработке их терапевтического вмешательства, говорится в их очень важной публикации. в журнале Angewandte Chemie.