Ученые разработали метод управления клеточными «антеннами» — ресничками
Ученые из Медицинской школы Университета Джонса Хопкинса и Национального университета Цин Хуа (Тайвань) нашли быстрый способ манипулировать ресничками клетки — микроскопическими выростами, которые «ощущают» и воспринимают окружающую среду. Эксперименты на мышиных клетках могут помочь не только понять, как работают эти наноразмерные антенны, но и как их восстанавливать.
Результаты опубликованы 30 апреля в журнале Nature Communications.
Почти все клетки организма имеют реснички или могут их отращивать. Эти антенны чувствуют химические вещества (гормоны, факторы роста), регулирующие здоровье и рост клетки, а также механические и физические сигналы: свет, гравитацию, звук, ток крови и мочи.
Сбои в работе ресничек приводят к ряду заболеваний. Например, проблемы с ресничками в клетках почек вызывают поликистоз почек — неизлечимое состояние, при котором заполненные жидкостью кисты нарушают функцию почек.
Из-за крошечного размера ресничек (в 10 000 раз меньше клетки) ученым долго было сложно изучать их в таких стесненных условиях.
Новый метод: STRIP
После многолетней работы команда разработала способ управления химическим сигнальным путем внутри ресничек, который контролирует перемещение молекул по их длине.
Исследователи использовали инструмент химически индуцируемую димеризацию, который работает быстрее, чем попытки изменить путь через переписывание генетического кода ресничек. Этот инструмент действует как «сводник», соединяя два конкретных химических вещества в определенных местах живой клетки.
Механизм метода:
- В мышиные клетки добавили белок FRB, способный прикрепляться к микротрубочке внутри реснички (она действует как «рельс» для перемещения белков).
- Затем добавили молекулу FKBP, присоединенную к ферменту, который стирает химическую модификацию в ресничках — глутамилирование.
- При введении химического вещества рапамицина FKBP застревает у молекул FRB внутри ресничек.
- Фермент, прикрепленный к FKBP, избирательно удаляет модификацию глутамилирования внутри ресничек, не затрагивая другие сигнальные пути.
Ученые назвали эту систему STRIP (spatiotemporal rewriting intraciliary post-translational modifications).
Результаты
В результате быстрого удаления глутамилирования молекулы стали двигаться вверх по ресничке к ее кончику медленнее — со скоростью ~0.3 мкм/с против ~0.4 мкм/с в контроле с неактивным ферментом.
«Мы считаем, что наш метод быстрее существующих способов отслеживания активности ресничек и позволяет ученым быстрее получать доступ к их частям и изучать конкретные химические модификации в течение определенного времени», — говорит Таканари Иноуэ.
Микротрубочки вне ресничек не затрагивались при манипуляциях с глутамилированием. Также в клетках, обработанных STRIP, снизилась генетическая активность пути развития Hedgehog (связанного с глутамилированием) по сравнению с контролем.
Значение и перспективы
«Наша система STRIP предлагает новую стратегию для точного контроля модификаций микротрубочек в живых клетках. Этот подход позволяет понять, как микротрубочки регулируют клеточные функции, а в будущем может стать новым способом лечения болезней человека», — отмечает Ю-Чунь Линь.
К заболеваниям, связанным с дефектами ресничек, также относятся синдром Жубера, нефронофтиз, пигментный ретинит и ситус инверсус (обратное расположение внутренних органов).
Планы ученых включают применение STRIP к человеческим клеткам, детальное изучение процесса глутамилирования в ресничках и использование системы для контроля других химических модификаций внутри них.