Ранее ученые могли изучать толщину мембран только в искусственных системах, например, в пробирках с липидами, что не отражало сложность реальных клеток с их белками и структурой. Новый метод описан в журнале Journal of Cell Biology. Новый метод, предложенный учеными из Института Скриппса (США), сочетает передовые технологии визуализации и компьютерный анализ, позволяя изучать состав мембран при разных состояниях клетки и в ответ на болезнь. Этот подход дает возможность исследовать клеточные структуры в условиях, приближенных к естественным, что важно для понимания реальной работы клеток. Полученные данные могут внести вклад в клеточную биологию и помочь в разработке новых лекарственных препаратов.
Измеряя толщину внутри целых клеток, ученые смогли понять, как эти компоненты взаимодействуют. Клеточные мембраны формируют границы клеток и их внутренних частей, таких как митохондрии. От толщины мембраны зависит, как в нее встраиваются белки, как через нее проходят молекулы, и как органеллы выполняют свои функции.
Применяя метод к клеткам животных и дрожжей, ученые выявили заметные различия. В митохондриях, которые производят энергию для клетки, внешняя мембрана оказалась заметно тоньше внутренней в обоих типах клеток. Это различие, вероятно, объясняется различным составом липидов и белков. В клетках млекопитающих даже складки во внутренней мембране, называемые кристами, имели более толстые мембраны по сравнению с участками, прилегающими к внешней мембране. Также была обнаружена связь между толщиной мембраны и ее кривизной, что указывает на влияние встроенных белков на форму мембраны.
Важной частью методики является «анализ на основе фрагментов», который точно определяет свойства мембраны в местах расположения конкретных белков. Этот подход, разработанный аспиранткой Я-Тин Чанг, действует как молекулярный «шаблон», выделяя небольшие участки мембраны вокруг белка. Это позволяет измерить характеристики такого участка и сравнить его с другими зонами, выявляя взаимное влияние белков и мембран.
Используя этот анализ для изучения белка АТФ-синтазы, производящего клеточную энергию, ученые обнаружили, что этот белок имеет тенденцию собираться в областях, где мембраны одновременно изогнуты и обладают увеличенной толщиной. Такую закономерность невозможно было бы обнаружить прежними способами. Теперь, имея эти инструменты, исследователи планируют изучать перемещение белков во времени, их влияние на форму мембран и искать новые, еще не описанные биологические процессы. Работа открывает новые перспективы для детального изучения клеточной архитектуры.
Ранее Наука Mail рассказывала, что ученые научились печатать 3D-объекты внутри клеток.
