Картирование температурных профилей внутри клеток с помощью генетически кодируемых термодатчиков

Исследователи создали новый метод для точного измерения температуры внутри отдельных клеточных органелл. Прорыв, описанный в Nature Methods, использует генетически кодируемый сенсор на основе зеленого флуоресцентного белка (GFP), слитого с термочувствительным белком TlpA из Salmonella.

Проблема существующих методов

• Инфракрасная термография имеет разрешение >100 мкм и измеряет только поверхностную температуру.
• Квантовые точки или наноалмазные сенсоры (~100 нм) могут измерять колебания в 0.05 K, но, попадая в клетку, распределяются случайно и часто фиксируют лишь фоновую температуру.

Новый белковый сенсор

Ключевой компонент — белок TlpA, который при ~37°C обратимо меняет структуру. Слияние его с GFP сделало флуоресценцию последнего зависимой от температуры. Добавление сигнальных последовательностей позволило доставлять сенсор в конкретные органеллы: митохондрии, эндоплазматический ретикулум (ER) или к плазматической мембране.

Результаты и применение

Ученые одновременно измеряли температуру с помощью нового сенсора и мембранный потенциал митохондрий с красителем JC-1. Они обнаружили высокую корреляцию между ростом температуры и потенциала. Эту связь подтвердили, измеряя производство АТФ другим генетически кодируемым сенсором (ATeam26) с помощью FRET.

Метод проверили на известном явлении термогенеза в адипоцитах бурого жира и птичьей скелетной мышце. Авторы отмечают, что наибольший потенциал технология раскроет в нейробиологии. Точное измерение температуры внутри аксонов, глиальных клеток и, особенно, пресинаптических митохондрий может привести к новому пониманию передачи нервных импульсов, где тепло может быть не просто побочным продуктом, но и активным участником процесса.