Новый метод визуализации обнаружил «всплеск» активности перед гибелью клетки

Исследователи из Северо-Западного университета разработали новую оптическую методику для изучения движения макромолекул в живых клетках без использования токсичных красителей или меток. Метод выявил ранее неизвестное явление — «клеточный пароксизм», — которое происходит непосредственно перед необратимой гибелью клетки.

Проблема существующих методов

  • Традиционные подходы (молекулярные красители или метки) имеют существенные ограничения: они токсичны, изменяют поведение клеток и в конечном итоге убивают их.
  • Необходимость: инструмент для наблюдения за движением макромолекул (например, хроматина) в их естественном состоянии.

Решение: метод dual-PWS

Новая методика dual-PWS (dual Partial Wave Spectroscopy) является бесметочной.

  • Принцип работы: использует интерференцию и изменения в картине обратно рассеянного света для одновременного мониторинга макромолекулярной структуры клеток и их динамического движения.
  • Возможности:
    • Чувствительность к структурам размером до 20 нм.
    • Временное разрешение в миллисекунды.
    • Изучение живых клеток in vitro.

Ключевое открытие: клеточный пароксизм

Ученые применили dual-PWS для изучения изменений в хроматине клеток, подвергнутых ультрафиолетовому излучению (индуцированная гибель).

  • Ожидаемый результат: замедление движения макромолекул по мере приближения клетки к гибели.
  • Неожиданное открытие: непосредственно перед «точкой невозврата» (когда клетка уже не может восстановиться) происходит резкий «всплеск» сверхбыстрой, мгновенной и нескоординированной активности генома.
    • Разные части клетки двигаются хаотично.
    • Явление наблюдалось у всех клеток, обреченных на гибель, и было необратимым.
    • Процесс происходит за миллисекунды, что слишком быстро для известных биологических механизмов (например, транспорта ионов).

Значение и перспективы

  • Природа явления «клеточного пароксизма» пока остается загадкой.
  • Исследование подчеркивает важность изучения макромолекулярного поведения живых клеток.
  • Понимание динамики хроматина может в будущем помочь в регуляции экспрессии генов и разработке методов лечения таких заболеваний, как рак и болезнь Альцгеймера.

Исследование опубликовано 10 апреля в журнале Nature Communications в статье «Multimodal interference-based imaging of nanoscale structure and macromolecular motion uncovers UV induced cellular paroxysm».