Ученые разработали метод наблюдения за поведением и взаимодействием белковых молекул внутри живых клеток, что может быть использовано для изучения течения болезней на молекулярном уровне, сообщается в статье исследователей, опубликованной в журнале Nature Methods.

Это первый эксперимент, позволяющий нам наблюдать динамику упаковки белков в живой клетке. Теперь мы можем наблюдать за тем, как быстро протекают те или иные биологические процессы, – сказал профессор Мартин Грюбель (Martin Gruebele) из Университета Иллинойса в Урбане-Шампейн, США, ведущий автор исследования, слова которого приводит пресс-служба учебного заведения.

Согласно первым данным, полученным с помощью нового метода, окружение белковых молекул внутри клетки радикальным образом сказывается на их стабильности и скорости их «упаковки» в различные белковые структуры, так называемой «белковой динамике».

Предложенная химиками технология комбинирует достижения флуоресцентной микроскопии (fluorescence microscopy) и температурного анализа, при котором клетка в течение нескольких миллисекунд подвергается резким перепадам температуры. Название методики – Fast Relaxation Imaging, переводящееся как «изображение быстрой релаксации» или «запечатление релаксации в динамике», – отражает связь двух технологий.

Термическое воздействие, достигаемое с помощью точных лазерных импульсов, нагревает и охлаждает среду в диапазоне 35,6–37,8°C и заставляет белки очень резко изменять свою структуру и вступать в реакции. В свою очередь, поведение крупных биологических молекул удаётся увидеть благодаря специально «помеченным» фрагментам белков, флуоресцирующим при ультрафиолетовом облучении.

Ранее оба метода использовались по отдельности для изучения реакций белков, да и то – только в условиях искусственно созданной среды. На живые же клетки результаты таких опытов просто экстраполировались.

Однако, как теперь ясно, на динамику белков значительно влияют другие внутриклеточные компоненты. Так что данный комбинированный метод впервые позволил оценить вмешательство окружения белковых молекул на их стабильность и скорость сборки (белковую динамику).

Если вы проводите подобные эксперименты с белками в искусственной среде внутри пробирки, вы получаете только один сорт информации. Если же вы проводите эксперимент в живой клетке то, как мы выяснили, в зависимости от того, в какой ее части протекает реакция, вы можете получить целый набор правильных ответов на один и тот же вопрос, – прокомментировал ученый свою работу.

Происходит это потому, что внутри клетки находится масса других молекул, молекулярных комплексов и органелл – внутриклеточных мембран, митохондрий и так далее. Эти внутриклеточные компоненты значительно влияют на динамику белков, так, что в одной области клетки их реакции могут протекать очень быстро, тогда как в другой – очень медленно. В целом, Грюбель отметил, что по сравнению с экспериментами в пробирке, белки в живых клетках оказываются намного более стабильными, а скорость их «переупаковки» в новые структуры заметно медленнее.

Схема происходящего в живой клетке во время съёмки по новому методу. Зелёным цветом изображены фосфоресцирующие белки (иллюстрация Martin Gruebele)

Используя этот новый метод, мы теперь обладаем возможностью наблюдать за тем, как быстро протекают биологические процессы во времени, включая процессы, сопровождающие течение болезней, особенно неврологических расстройств, получая информацию о пути распространения болезни в организме, – добавил ученый.