Ученые из Медицинского центра Джона Хопкинса и Национального университета Цинхуа на Тайване говорят, что они нашли быстрый способ манипулировать ресничками клетки, крошечными, похожими на пальцы выростами, которые «чувствуют» и ощущают свое микроскопическое окружение. Эксперименты, проведенные на клетках мышей, могут продвинуть усилия ученых не только в понимании того, как работают наноразмерные антенны, но и в том, как их восстанавливать.
Отчет об их выводах появился в сети 30 апреля в Nature Communications.
За некоторыми исключениями, большинство клеток в организме имеют реснички или могут их отращивать. Крошечные антенны воспринимают химические вещества, такие как гормоны и факторы роста, которые регулируют здоровье и рост клеток. Реснички также обнаруживают механические и физические сигналы в теле, такие как свет, гравитация, звук и поток крови и мочи.
При нарушении работы ресничек может возникнуть ряд заболеваний и состояний человека. Например, проблемы с ресничками в почечных клетках могут вызвать поликистозную болезнь почек, неизлечимое состояние, при котором заполненные жидкостью кисты нарушают функцию почек и обычно лечат диализом.
Из-за того, что реснички такие маленькие - в 10 000 раз меньше, чем клетка, - ученым уже давно трудно втиснуть свои инструменты в такие тесные пространства для их изучения.
Когда я был постдоком, мой коллега в соседней лаборатории изучал реснички, и я надеялся, что, объединив его знания в области биологии ресничек с моими знаниями в области клеточной инженерии, мы сможем понять, как манипулировать ресничками. в их крошечных пространствах», - говорит Таканари Иноуэ, доктор философии. Д., профессор клеточной биологии Медицинской школы Университета Джона Хопкинса и автор нового отчета.
После многих лет работы, по его словам, они нашли способ манипулировать химическим сигнальным путем внутри ресничек, который контролирует движение молекул вверх и вниз по длине крошечной структуры.
Для этого Иноуэ и его коллеги на Тайване использовали инструмент, называемый химически индуцируемой димеризацией, который, по их словам, быстрее, чем попытки манипулировать путями путем перезаписи генетического кода ресничек. Инструмент, по сути, является свахой - он помогает объединить два конкретных химических вещества в определенных местах в живой клетке.
Для нового исследования Иноуэ и его коллеги добавили белок под названием FRB в клетки мышей, выращенных в лаборатории. Белок FRB способен прикрепляться к жесткой структуре внутри ресничек, называемой микротрубочкой, которая действует как железная дорога, перемещая белки вверх и вниз по длине реснички.
Затем они добавили в клетки молекулу под названием FKBP, которая присоединена к ферменту, который действует как ластик для химической модификации ресничек, называемой глутамилированием. Пара FKBP и фермента плавает по клетке, пока ученые не добавят химическое вещество под названием рапамицин, которое заставляет FKBP захватывать молекулы FRB внутри ресничек.
Оказавшись внутри ресничек, фермент, присоединенный к молекуле FKBP, избирательно стирает модификацию глутамилирования внутри ресничек. Он также игнорирует другие сигнальные пути.
Учёные называют свою молекулу STRIP, для пространственно-временного переписывания интрацилиарных посттрансляционных модификаций.
В результате быстрого устранения глутамилирования в ресничках ученые обнаружили, что молекулы текут вверх по ресничкам к кончику медленнее - около 0,3 микрометра в секунду - по сравнению с 0,4 микрометра в секунду при использовании мертвого фермент, не влияющий на глутамилирование.
«Мы думаем, что наша техника работает быстрее, чем существующие средства отслеживания активности ресничек, и позволяет ученым быстрее получать доступ к частям ресничек и погружаться в определенные химические модификации на определенное время», - говорит Иноуэ.
Наша система STRIP предлагает новую стратегию для точного контроля модификаций микротрубочек в живых клетках. Благодаря этому подходу становится возможным понять, как микротрубочки регулируют клеточные функции, а также может служить новым способом лечения заболеваний человека в будущего», - говорит Ю-Чун Линь, доктор философии, доцент Института молекулярной медицины Национального университета Цинхуа на Тайване.
Другие заболевания, вызванные поврежденными ресничками, включают заболевание головного мозга, называемое синдромом Жубера, заболевание почек, называемое нефронофтизом, пигментный ретинит и редкое заболевание, называемое обратным расположением, при котором внутренние органы тела находятся в обратном положении. нормальное положение.
Ученые также обнаружили, что микротрубочки в клетках мыши, которые не расположены внутри ресничек, не пострадали, когда они возились с глутамилированием.
Иноуэ и его коллеги также обнаружили, что генетический результат пути развития, называемого Hedgehog (который связан с глутамилированием), снижается в клетках, обработанных STRIP, по сравнению с контрольной группой.
Иноуэ и его коллеги говорят, что теперь они планируют применить STRIP к клеткам человека и более внимательно изучить молекулярный процесс глутамилирования в ресничках. Они также могут использовать STRIP для контроля других химических модификаций внутри ресничек.