Микроскопическая триада исследует, как клетки поглощают питательные вещества и вирусы
Учёные получили лучшее понимание механизма, позволяющего клеткам усваивать полезные питательные вещества и не очень полезные вирусы, благодаря сотрудничеству исследователей из двух университетов Южной Дакоты и Национальных институтов здоровья (NIH).
Профессор Адам Хоппе из Университета штата Южная Дакота, профессор Стив Смит из Школы горного дела и технологий Южной Дакоты и учёные NIH Джастин Тараска и Кем Сочацки объединили три уникальных типа микроскопии, чтобы отследить, как белок клатрин запускает изгиб клеточной мембраны. Они обнаружили, что клатрин, создающий сотоподобную структуру на клеточной мембране, обладает неожиданной степенью пластичности при отщеплении небольших участков мембраны. Их работа была опубликована 29 января 2018 года в журнале Nature Communications.
Хоппе и Смит работают совместно через центр BioSNTR, финансируемый в рамках программы Южной Дакоты и программы EPSCoR Национального научного фонда. Лучшее понимание того, как клетки усваивают материал, поможет исследователям BioSNTR, работающим с компанией SAB Biotherapeutics, в разработке новых альтернативных методов лечения гриппа.
«Это была потрясающая командная научная работа и важная модель успеха», — сказал Хоппе, клеточный биолог и директор BioSNTR.
«Это фундаментальный вопрос о том, "как работает клетка", который оказывает влияние на множество болезненных процессов и важных физиологических функций у растений, животных и людей», — пояснил Хоппе. «Процесс, известный как эндоцитоз, является одним из основных механизмов, с помощью которого клетки усваивают материал из окружающей среды и ремоделируют свою поверхность».
Хоппе и его команда, по сути, сняли на видео живые клетки, поглощающие собственную мембрану, с помощью флуоресценции в наномасштабе. Затем они использовали лазерный луч для дифференциации горизонтальной и вертикальной ориентации и химически «заморозили» клетки на различных стадиях, чтобы получить высокодетальные изображения изгиба мембраны.
«Эндоцитоз в клетках человека в основном осуществляется клатрином, который формирует решётку, захватывает участок мембраны и втягивает его внутрь клетки. Вирусы захватывают этот процесс, чтобы проникнуть в клетки; таким же образом многие лекарства доставляются в клетку», — объяснил Тараска, старший исследователь в NHLBI (NIH). Он и его команда сканировали клетки с помощью сверхразрешающей световой микроскопии с флуоресценцией и электронной микроскопии, коррелируя изображения, накладывая их друг на друга.
Смит, физик, сказал: «Это большое техническое достижение. Три команды, разделённые тысячами миль, исследовали одну и ту же клетку вплоть до нанометрового уровня — это невероятное достижение!»
Он и его команда использовали атомно-силовую микроскопию для точного измерения структуры клатрина и образующихся везикул, включая их высоту и диаметр. В каждой клетке было от 50 до 100 везикул.
Трёхсторонний подход дал исследователям уверенность в своих выводах, и их сотрудничество продолжается.
«Это сотрудничество было уникальным, объединив три передовые методики и используя уникальный опыт каждого», — сказал Тараска. «Оно сработало, потому что все делились знаниями и объединились для решения одной важной проблемы».
Смит согласился: «BioSNTR объединяет людей с разными инструментами и опытом, чтобы пролить свет на процессы, которые мы не понимаем. Речь идёт о формировании команды и постановке перед ней задачи».