От толщины клеточной мембраны зависит, как быстро и насколько беспрепятственно будут проходить через нее различные молекулы, как в мембрану будут встраиваться белки, как будут работать клеточные органеллы. Ученые давно подозревали, что толщина мембран варьируется в разных частях клетки, однако проверить это было невозможно: измерения проводились только в искусственных системах — на очищенных липидах в пробирке, которые были лишены белков и не соответствовали сложной организации настоящих клеток.
Специалисты Института Скриппса разработали метод, который впервые позволяет измерять толщину мембран непосредственно внутри клеток. «Мембраны не существуют изолированно — их формируют белки и окружающие структуры, — говорит руководитель исследования Даниэль Гротьян. — Лишь измеряя толщину внутри неповрежденных клеток, мы можем начать понимать, как все эти компоненты работают вместе».
Новый подход основан на вычислительном методе Surface Morphometrics, разработанном в лаборатории Гротьян, в сочетании с продвинутыми методами визуализации. Это позволило рассматривать клеточные структуры в условиях, максимально приближенных к естественным.
Применив метод к клеткам животных и дрожжей, команда обнаружила поразительные различия. В митохондриях — энергетических станциях клетки — внешняя мембрана оказалась значительно тоньше внутренней. Более того, даже в пределах внутренней мембраны толщина менялась: специализированные складки — так называемые кристы — имели более толстые мембраны, чем участки, прилегающие к внешней оболочке. Ученые также установили, что толщина мембраны связана с ее кривизной, а это указывает на роль встроенных белков в формировании структуры.
«Даже минимальные изменения толщины мембраны могут оказывать огромное влияние на ее биологические функции», — отмечает соавтор работы Микаэла Медина.
Особый интерес представляет так называемый «патч-анализ» — своеобразный молекулярный инструмент, который вырезает крошечные участки мембраны в местах расположения конкретных белков. Сравнивая эти участки с остальной мембраной, ученые могут выяснить, как белки и мембраны влияют друг на друга. С помощью этого инструмента команда изучила АТФ-синтазу — белок, производящий клеточную энергию, — и обнаружила, что он концентрируется в областях с повышенной кривизной и необычно большой толщиной мембраны.
«Вероятно, на поверхности мембран существует множество белков, которые мы еще не открыли, — говорит соавтор исследования Я-Тин Чанг. — Патч-анализ дает возможность находить их, выявляя характерные особенности их работы еще до того, как мы знаем, что именно искать».
Новые инструменты в арсенале ученых позволят им проводить исследования, которые раньше были недоступны, и могут существенно продвинуть как понимание клеточной биологии и так и работы в сфере поиска и разработки новых лекарств.
Ранее российские ученые усовершенствовали диагностику эмбриона при ЭКО.
