Более пристальный взгляд на клеточную мембрану показывает, как холестерин «поддерживает порядок»

Клеточные мембраны образуют «кожу» почти каждой клетки тела, но многие экспериментальные методы не позволяют рассмотреть их вблизи и в движении. Учёные из Национального института стандартов и технологий (NIST) и Калифорнийского университета в Ирвайне разработали способ их значительного увеличения. Их работа помогла прояснить важную роль холестерина в этой границе между клеткой и внешним миром.

Междисциплинарная команда использовала инструменты в Центре нейтронных исследований NIST (NCNR) для изучения мембраны с разрешением более чем в 1000 раз выше, чем у оптического микроскопа. Это позволило получить беспрецедентный взгляд на мембрану, которая, поскольку она контролирует доступ в клетки, является основной мишенью для многих лекарств.

«Препараты, влияющие на болевые ощущения, сердечный ритм, настроение, аппетит и память, нацелены на белки, встроенные в клеточную мембрану и функционирующие как маленькие ворота», — говорит Элла Михайлеску. «Поскольку мембраны и их белки важны для медицины, нам нужна более чёткая картина их функционирования — и не просто снимок. Мы хотим видеть их в движении, как в реальной жизни».

Оптические микроскопы предлагают ограниченное разрешение, а более мощные электронные микроскопы требуют заморозки образцов. Используя нейтронную дифракцию, которая не требует заморозки, команда не только наблюдала мембрану более детально и в движении, но и получила представление о давно известном явлении: мембрана становится толще и жёстче в присутствии холестерина.

Липидные цепи образуют двухслойную «кожу» с «головками», обращёнными наружу, и «хвостами», переплетающимися внутри мембраны. Известно, что холестерин важен для управления беспорядком в мембранах. Команда впервые увидела, что при наличии холестерина эти хвосты выстраиваются в плотное образование, образуя узкую полосу, от которой липидные цепи расходятся наружу, — создавая тот порядок, который предполагался ранее, но никогда не был показан напрямую. Без холестерина хвосты ведут себя более хаотично, энергично двигаясь и в некоторых случаях даже выталкиваясь к «головам» своих цепей.

По словам Михайлеску, результаты намекают, что холестерин может иметь серьёзные последствия для белков-привратников мембраны, которые очень чувствительны к своей среде. «Мембрана и её белки постоянно взаимодействуют, поэтому нам интересно узнать больше. С этой уникальной техникой увеличения мы можем исследовать клеточную мембрану эффективнее, чем когда-либо прежде».