Новая техника визуализации помогает разрешить нанодомены и химический состав клеточных мембран

Новая техника визуализации, разработанная в лаборатории Мэтью Лью в Школе инженерии Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, позволяет «заглянуть внутрь» прозрачной жировой клеточной мембраны, а не просто видеть сквозь нее.

Метод одномолекулярной ориентационной локализационной микроскопии (SMOLM) позволяет различать скопления липидных молекул одной фазы — нанодомены — и определять их химический состав. Детали техники опубликованы 21 августа в журнале Angewandte Chemie, где статья была отмечена как «Горячая статья».

Как это работает

• Вместо методов, разрушающих мембрану (например, масс-спектрометрии), используется флуоресцентный зонд (например, Nile red).
• Зонд кратковременно присоединяется к модельной липидной бислоиной мембране.
• Микроскоп улавливает свет, излучаемый одиночными молекулами зонда, и анализирует его, определяя ориентацию молекулы и то, вращается она или зафиксирована.
• Это движение зонда зависит от окружающей его фазы мембраны:
  • Упорядоченная фаза (твердая/гелевая) — молекулы и зонд зафиксированы.
  • Неупорядоченная фаза (жидкая) — молекулы и зонд имеют свободу вращения.

Повторяя процесс сотни тысяч раз, можно построить детальную карту, показывающую упорядоченные нанодомены в «океане» неупорядоченных жидких областей мембраны.

Уникальное разрешение и химическая чувствительность

Метод SMOLM обеспечивает беспрецедентное разрешение — отдельную молекулу в модельной бислоиной мембране, что недостижимо для традиционных методов визуализации.

Используемый зонд Nile red также способен различать производные липидов внутри одного и того же нанодомена. В исследовании он позволил отличить молекулу сфингомиелина от продукта ее гидролиза — церамида — даже если они находятся в одном нанодомене. Это преобразование, катализируемое ферментом, изменяет характер вращения зонда, что и фиксирует метод.

Значение метода

Техника SMOLM позволяет с ранее недоступной детализацией исследовать взаимодействия между различными липидными молекулами, ферментами и зондами в масштабе мягкой материи, где всё самоорганизуется и постоянно движется.

«Каждая молекула чувствует силы от окружающих ее молекул; это определяет, как конкретная молекула будет двигаться и выполнять свои функции», — поясняет Мэтью Лью.

Коллективная организация молекул в нанодомены может стимулировать или подавлять определенные процессы, например, проникновение веществ в клетку. Теперь для наблюдения за этими процессами достаточно флуоресцентной молекулы-зонда, чье собственное движение рассказывает о том, что ее окружает.