Новый сенсор на основе графена проливает свет на процесс программируемой гибели клеток в митохондриях

Исследователи из Калифорнийского университета в Ирвайне с помощью нового сенсора из графена — одноатомного слоя углерода — получили новое представление о процессе программируемой клеточной гибели (апоптоза) в митохондриях. Это может открыть путь к новым способам заставить раковые клетки самоуничтожаться. Кроме того, учёные обнаружили, что общепринятая парадигма о том, как клетки создают энергию, верна лишь наполовину.

Для исследования, опубликованного в Scientific Reports (Nature), команда профессора Питера Бёрка создала электронный метод мониторинга изменений в митохондриях, которые могут указывать на начало процесса самоуничтожения клетки. В работе участвовали коллабораторы из Гарвардского и Пенсильванского университетов.

В каждой нашей клетке находятся сотни или тысячи митохондрий с внутренней и внешней мембраной. Они являются «электростанциями» клетки, преобразуя энергию углеводов и жиров и запасая её в виде напряжения на своих мембранах. Их вторичная роль — регуляция пути жизни и смерти клетки.

Исследователи прикрепили около 10 000 очищенных митохондрий, отделённых от клеток, к графеновому сенсору с помощью антител, распознающих белок в их внешней мембране. Исключительная электрическая чувствительность графена позволила измерять колебания уровня кислотности вокруг митохондрий, а его оптическая прозрачность — использовать флуоресцентные красители для визуализации напряжения на внутренних мембранах.

Возможность независимо измерять кислотность и мембранное напряжение привела к двум важным выводам:

1. Впервые показано, что внутренняя и внешняя мембраны митохондрий, выполняющие разные функции, связаны между собой в своих процессах.
2. Обнаружены два отдельных и независимых электрохимических градиента, где раньше считалось, что существует только один.

Один градиент находится в пространстве между внутренней и внешней мембранами, а другой — в складках внутренней мембраны. Это открытие меняет научное понимание преобразования химических питательных веществ в электрическую энергию, необходимую для функционирования клеток.

Более важно то, что исследователи связали эти два электрохимических градиента с регуляцией апоптоза, отметив изменения в функции митохондрий, которые могут влиять на принятие клеткой «решения» о жизни или смерти. «Это показывает, что существует связь между энергией и апоптозом», — сказал Питер Бёрк.

Понимание митохондриального пути апоптоза важно для воздействия на различные заболевания, включая рак. Созданная система для оценки функциональных изменений в митохондриях млекопитающих — это шаг вперёд, но многие вопросы остаются открытыми. Для искоренения болезней необходимо развивать инструменты, позволяющие «заглянуть» внутрь этих наноразмерных структур.