Суперразрешающая микроскопия показывает скручивание внутри клеток

Чтобы понять механизмы клеточной подвижности и деления, нужно изучать центриоли. Каждая клетка имеет пару центриолей, которые помогают разделять хромосомы во время деления. Эти органеллы — сложные молекулярные машины из сотен белков с кодом посттрансляционных модификаций (ПТМ), влияющих на их жёсткость или гибкость и, следовательно, на функции.

Базовая структура центриолей известна из исследований с помощью электронной микроскопии, но ПТМ для неё невидимы. Благодаря усовершенствованной технологии суперразрешающей флуоресцентной микроскопии, разработанной биофизиками EPFL, теперь получено детальное изображение этих наноразмерных структур in situ и в изоляции.

Как и ожидалось, центриоли имеют форму ребристых «пуль»: цилиндр с девятью продольными рёбрами, сужающийся на одном конце. Учёные с удивлением обнаружили, что одна из ПТМ фактически закручивается вокруг этих рёбер. Результаты опубликованы в Nature Methods.

«Симметрии молекулярных машин часто объясняют, как они выполняют различные функции. ПТМ могут формировать особый код, указывающий белкам, куда присоединяться, а также стабилизировать центриоль при действии сил во время деления. Мы ещё не знаем, зачем нужно скручивание, но это даёт ключ к пониманию работы центриолей. Наше исследование подчёркивает, что суперразрешающая микроскопия — важный партнёр электронной микроскопии в структурной биологии», — говорит биофизик Сулиана Мэнли.

Усовершенствованные методы суперразрешающей визуализации

Центриоли примерно в 100 раз меньше клетки млекопитающих. Их наблюдение в живых клетках потребовало улучшения технологии суперразрешающей микроскопии, использующей свет, поскольку существующие методы были слишком медленными для структурных исследований. Аспирант Dora Mahecic улучшила дизайн освещения, чтобы увеличить размер захватываемых изображений за счёт более равномерной подачи света по полю зрения.

Микроскоп представляет собой сложную установку из тщательно выровненных зеркал и линз, формирующих и направляющих лазерный свет на образец. Биофизики объединили эту установку с продвинутой подготовкой образцов, использующей физическое увеличение и флуорофоры, заставляющие белки переизлучать свет.

Эта новая технология может быть использована для изучения других внутриклеточных структур, таких как митохондрии, или других молекулярных машин, например, вирусов.