Новый метод визуализации раскрывает роль белка клеточного «скелета»
Исследователи из Института Солка разработали новый метод визуализации, позволяющий отслеживать специфическую подгруппу белковых нитей (филаментов) клеточного цитоскелета — актин.
"Актин — самый распространённый белок в клетке, поэтому при визуализации он виден повсюду", — говорит Ури Мэнор, директор центра биотоники Института Солка. "До сих пор было очень сложно определить местоположение отдельных интересующих нас молекул актина из-за фонового сигнала".
Новая техника позволила команде сосредоточиться на роли актина в процессе деления митохондрий — клеточных "энергостанций". Работа, опубликованная в журнале Nature Methods 10 августа 2020 года, может улучшить понимание митохондриальной дисфункции, связанной с раком, старением и нейродегенеративными заболеваниями.
Исследования показали, что удаление всего актина из клетки, среди прочих эффектов, приводит к снижению митохондриального деления (фиссии). Однако это вызывает столько клеточных дефектов, что трудно изучить точную роль белка в конкретном процессе.
Вместо маркировки всего актина в клетке флуоресценцией, команда создала зонд для актина, нацеленный на внешнюю мембрану митохондрий. Флуоресцентный сигнал увеличивается только когда актин находится в пределах 10 нанометров от митохондрии.
Исследователи наблюдали не случайное рассеяние актина, а яркие "горячие точки" актина. Эти точки располагались в местах пересечения митохондрий с другим органоидом — эндоплазматическим ретикулумом (ЭПР), которые ранее были определены как места деления. Команда обнаружила, что 97% сайтов митохондриального деления были связаны с флуоресценцией актина.
"Это самое чёткое доказательство, которое я когда-либо видел, того, что актин накапливается в местах деления", — говорит соавтор работы Кара Шиавон.
Изменив зонд так, чтобы он прикреплялся к мембране ЭПР, а не митохондрий, учёные выяснили последовательность событий: актин присоединяется к митохондрии до того, как достигает ЭПР.
В дополнительных экспериментах (опубликованных в препринте на bioRxiv) команда также сообщает, что аналогичное накопление актина, связанного с ЭПР, наблюдается в местах деления других органелл: эндосом, лизосом и пероксисом. Это указывает на новую широкую роль определённой подгруппы актина в динамике и гомеостазе органелл.
В будущем команда планирует изучить, как генетические мутации, влияющие на динамику митохондрий, изменяют взаимодействие актина с ними, а также адаптировать зонды для визуализации актина у других клеточных мембран.
"Это универсальный инструмент, который теперь можно использовать для решения различных фундаментальных вопросов в клеточной биологии", — говорит соавтор Тонг Чжан.
"Мы находимся в золотом веке микроскопии, но всё ещё есть серьёзные ограничения в том, что можно увидеть", — заключает Мэнор. "Сочетание мощных микроскопов с новыми методами селективной визуализации — это следующее поколение исследований".