Наноразмерная линейка раскрывает организацию клеточной мембраны

После десяти лет работы профессор Михаэль Рет из Института биологии III Университета Фрайбурга и Института иммунобиологии и эпигенетики Макса Планка разработал метод исследования организации поверхности клетки в наномасштабе. Это позволило отследить, как антигенный рецептор, который B-клетки иммунной системы используют для распознавания чужеродных веществ, меняется после активации. Исследование показывает, что компоненты рецептора диссоциируют друг от друга, а не собираются, как предполагалось ранее. Реорганизация рецепторов на клеточной мембране происходит в диапазоне от 10 до 40 нанометров. Однако под оптическим микроскопом можно различить объекты, находящиеся на расстоянии не менее 250 нанометров.

Используя фрагменты антител, так называемые Fab-фрагменты, Рет и его команда улучшили разрешение ранее разработанного анализа лигирования по близости (PLA) примерно в 10 раз. Эта технология позволяет обнаруживать молекулы, только когда они расположены в непосредственной близости друг от друга.

С помощью более точного метода Fab-PLA ученые впервые смогли исследовать в масштабе десяти нанометров, как рецепторы распределены на мембране и как они реорганизуются. Метод Fab-PLA является важным новым инструментом для программы BIOSS Nanoscale Explorer Progamme (BiNEP).

Применение метода Fab-PLA к антигенным рецепторам выявило красные флуоресцентные точки на мембране неактивных B-клеток: доказательство того, что антигенные рецепторы сначала появляются на мембране группами, так называемыми кластерами рецепторов. Однако, как только B-клетки обнаруживали антиген и активировались, точки исчезали – рецепторы отдалились друг от друга. Это открытие подтверждает модель диссоциации активации B-клеток, предложенную Михаэлем Ретом и Цзяньин Ян в 2010 году.

Исследователи также продемонстрировали, как происходит диссоциация: они удалили в B-клетках ген, кодирующий сигнальную молекулу Syk, киназу, тесно взаимодействующую с антигенным рецептором. На B-клетках без Syk кластеры рецепторов оставались даже после связывания антигена. Таким образом, Syk является молекулярным ключом, который открывает кластер рецепторов и запускает иммунный ответ.

Чтобы выяснить дальнейшие детали активации B-клеток, исследователи ввели Syk и компоненты антигенного рецептора в клетки плодовой мушки. Они модифицировали Syk и установили, что кластер разрушается только тогда, когда молекула связывается с внутренней частью антигенного рецептора.

Ученые опубликовали свои выводы в новом журнале открытого доступа eLife. Исследование также включало изучение наноразмерной организации других рецепторов на B-клетках, включая молекулы CD19 или CD20. «Мы обнаружили, что многие рецепторы организованы на мембране в специфических областях на наноуровне», – объясняет Катрин Клезенер, аспирант и основной автор исследования.

Исследование было частично профинансировано грантом Advanced Grant от Европейского исследовательского совета (ERC) за наноразмерный анализ белковых островков на лимфоцитах, который Рет получил в 2012 году.