Впервые визуализированы движения клеточных мышц

Ученые из Уорикского университета впервые визуализировали с беспрецедентной детализацией движения клеточных мышц — крошечных белковых филаментов.

В исследовании, опубликованном в Biophysical Journal, ученые из Департамента физики и Медицинской школы Уорикского университета использовали новую технику микроскопии для анализа молекулярных моторов внутри клеток, которые позволяют им двигаться и менять форму. Это может дать новые знания для разработки умных материалов.

Миозин — это белок, формирующий моторные филаменты, которые обеспечивают стабильность клетки и участвуют в ремоделировании актинового кортекса внутри нее. Актиновый кортекс подобен каркасу клетки и придает ей форму, а миозиновые филаменты похожи на мышцы. Их «сокращение» позволяет клетке прилагать внешние силы и перемещаться.

Доктор Дариус Кёстер, автор статьи, пояснил: «Когда клетке нужно сократиться или оказать давление на соседние клетки или ткань, она формирует стресс-фибриллы, используя набор миозиновых и актиновых филаментов, подобно нашим собственным мышцам. Наши мышцы состоят из тех же молекул».

Обычно биологи используют технику оптической флуоресцентной микроскопии, но она вызывает фотоповреждение молекул. Чтобы обойти это ограничение, команда из Уорика совместно с лабораторией Кукуры из Оксфордского университета применила интерферометрическую рассеивающую микроскопию (iSCAT). Этот метод не требует добавления флуоресцентных белков и использует рассеянный свет от самой молекулы. Ученые могут визуализировать объекты на пределе оптического разрешения — 200 нм (0.0002 мм), в то время как миозиновые филаменты обычно имеют длину 0.001 мм.

Доктор Кёстер отметил: «С помощью этой новой техники мы видим разные режимы флуктуаций в миозиновых филаментах. Мы обнаружили, что миозин может вести себя в обоих режимах, что раньше наблюдать было невозможно».

Льюис Мосби, ведущий автор статьи, разработал новое программное обеспечение для отслеживания частиц, чтобы определять положение и ориентацию миозиновых филаментов. Он адаптировал код, созданный для обнаружения галактик.

Эти исследования не только дают представление о функции кортекса клеток млекопитающих, но и служат моделью для новых технологий. Доктор Кёстер добавил: «Это пример самоорганизующегося композита с различной динамикой, что интересно для разработки, например, умных материалов».