Воссоздание клеточной поверхности в пробирке

Ученые из Национального центра биологических наук (NCBS) в Бангалоре в сотрудничестве с коллегами из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) и Рамановского исследовательского института (RRI) создали упрощенную модель клеточной поверхности из ее основных компонентов — смеси липидов и белков. Эта реконструкция стала новым важным инструментом для проверки теорий о динамике молекул на поверхности клетки.

Движение молекул на клеточной поверхности является неслучайным, чрезвычайно сложным и не следует простым термодинамическим правилам. Для его изучения исследователи разработали минималистичную экспериментальную систему на основе очищенных липидов и белков, входящих в состав клеточной поверхности.

Работа основана на «активной композитной модели», которая описывает поверхность клетки не просто как мембрану из липидов, а как сочетание двух элементов:

1. Липидной мембраны.
2. Переплетенной сети белка актина, образующей тонкий слой под мембраной.

Белок миозин, взаимодействующий с актином, действует как молекулярный мотор и приводит сеть актина в движение при подаче энергии.

Искусственная клеточная поверхность была сконструирована с использованием:

• Липидного бислоя.
• Актина.
• Специально разработанного флуоресцентного белка, встроенного в мембрану и связанного с актином.

С помощью различных микроскопических методов ученые изучали поведение этой конструкции по паттернам, формируемым флуоресцентными белками. Как и предсказывает модель, динамика белков, связанных с актином, зависела от динамики актиновой сети. При добавлении миозина и подаче химической энергии силы, создаваемые взаимодействием актина и миозина, запускали движение этих белков. При истощении энергии белки, связанные с актином, агрегировали, образуя отчетливые пучкообразные или астероидоподобные структуры в зависимости от организации актиновой сети.

«Это только начало, но важное начало», — говорит профессор Сатяджит Майор. — «Оно позволяет проверить идеи, возникшие из теории, объясняющей активную организацию на поверхности живой клетки».

Исследование, опубликованное в ведущем журнале PNAS, описывает создание экспериментальной системы для изучения «активной механики» — роли энергозатратных процессов в биологических явлениях. Такие процессы, как рост клеток, деление, иммунное распознавание, зависят от организации рецепторов и других молекул на клеточной поверхности. Воссоздание этой поверхности в пробирке дает ученым прочную экспериментальную основу для понимания ее работы.