Новый метод визуализации раскрывает механизм быстрой сортировки и транспорта липидов в клетках

Исследователи из Дрездена под руководством Андре Надлера из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка (MPI-CBG) и Альфа Хонигманна из Биотехнологического центра (BIOTEC) Технического университета Дрездена преодолели ограничения световой микроскопии в детекции липидов с помощью новой химической стратегии мечения. Это позволило ответить на давний вопрос: как клетки транспортируют специфические липиды к мембранам органелл? Метод поможет понять роль транспорта липидов в здоровье и болезни. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Липиды необходимы для построения мембран, организации биохимических реакций, хранения энергии и передачи сигналов. Дисбаланс липидов связан с метаболическими и нейродегенеративными заболеваниями, но механизмы сортировки и транспорта липидов между органеллами изучены плохо из-за отсутствия методов их точной визуализации.

Искусственные липиды под "солярием"

Команда синтезировала набор минимально модифицированных липидов, представляющих основные липиды мембран органелл. Эти "бифункциональные" липиды аналогичны натуральным, но содержат несколько других атомов, позволяющих отслеживать их под микроскопом. Они могут активироваться УФ-светом, что приводит к их сшиванию с ближайшими белками.

Модифицированные липиды загружали в мембрану живых клеток (например, костных или кишечных) в культуре. После обработки УФ-светом их локализацию со временем отслеживали с помощью флуоресцентной микроскопии. Для количественного анализа потока липидов через систему органелл была разработана специальная аналитическая платформа с автоматической сегментацией изображений на основе искусственного интеллекта.

Быстрый белковый транспорт липидов

Сочетание анализа изображений с математическим моделированием показало, что от 85% до 95% транспорта липидов между мембранами органелл осуществляется не везикулами, а белками-переносчиками. Этот невезикулярный транспорт гораздо более специфичен к отдельным видам липидов и их сортировке по разным органеллам. Он также оказался в десять раз быстрее везикулярного транспорта.

Результаты показывают, что состав мембран органелл в основном поддерживается за счёт быстрого, видоспецифичного, невезикулярного транспорта липидов.

В параллельных экспериментах с помощью масс-спектрометрии сверхвысокого разрешения исследовали, как разные липиды меняют свою структуру во время транспорта от клеточной мембраны к мембране органеллы.

Значение для биологии и медицины

Новый подход впервые позволил создать количественную карту движения липидов по клетке к разным органеллам. Техника визуализации липидов открывает возможности для механистического анализа их транспорта и функции непосредственно в клетках.

Метод может способствовать новым открытиям и поможет раскрыть механизмы заболеваний, вызванных дисбалансом липидов (например, неалкогольной жировой болезни печени), а также разработке новых мишеней для лекарств и терапевтических подходов.

Исследователям ещё предстоит определить, какие именно белки-переносчики липидов обеспечивают селективный транспорт разных видов липидов, а также идентифицировать источники энергии для этого процесса.