Исследователи из США разработали новый сенсор, который позволяет отслеживать наличие и измерять содержание липидов в живой клетке.

Липиды играют одну из ключевых коммуникативных функций во внутриклеточном обмене веществ, нарушение правильной работы сигнальной липидной системы может быть связано с рядом заболеваний, включая диабет, воспалительные процессы и раковые заболевания.

Рис. 1. Новый метод анализа может
использоваться для слежения за клеточными
процессами, которые, например, могут
быть связаны с рядом заболеваний.
(Рисунок из Nat. Chem., 2011,
DOI:10.1038/nchem.1163).

В настоящее время слежение за липидами в клетке происходит с помощью меченных флуоресцентными метками белков, в состав которых входит домен, способный к связыванию с липидами. Однако такие белки не всегда проявляют достаточный уровень специфичности по отношению к определенным типам липидами и, помимо того, могут взаимодействовать с другими белками в составе клетки. Таким образом, существующий метод может давать лишь весьма ограниченную информацию о количественном распределении некоторых липидов в клетке.

Исследователям из группы Вонва Чо (Wonhwa Cho) из Университета Иллинойса удалось разработать метод, позволяющий давать более богатые количественные характеристики многих липидов в клетке. Исследователи сосредоточили свое внимание на ключевой сигнальный белок – фосфатидилинозитол-4,5-бифосфат. Первоначально с помощью методов белковой инженерии исследователям удалось изменить свойства белка в нужную сторону, увеличив его сродство к липидам, являющимся предметом интереса, а также понизить его сродство к другим белкам и липидам.

На следующем этапе исследования исследователи ввели в состав белка флуоресцентную метку, в роли которой выступал низкомолекулярный органический 2-диметиламино-6-ацилнафталин. В качестве наиболее важной особенности новой пробы на липиды можно отметить, что флуоресцентная метка «включается» только в том случае, если белок взаимодействует лишь со специфической мишенью – соответствующим липидом. Это происходит из-за того, что при образовании межмолекулярных взаимодействий между белком и липидом происходит изменение полярности белка-рецептора, что, в свою очередь, влияет на распределение электронов в сопряженном красителе, вызывая флуоресценцию.

Благодаря ситуации, когда сенсор «включается» только на один определенный липид, при том, что белок специфически распознает тот же – строго определенный липид, новая система позволяет определять присутствие и определять концентрацию строго определенной молекулярной мишени в режиме реального времени. Исследователи уже протестировали новую систему, изучив липидный статус клетки-фагоцита, поглощающей другую клетку.

Вонва отмечает, что липиды представляют молекулы с очень богатой молекулярной динамикой – концентрация и локализация ферментов в живой клетке весьма сильно зависит от функционирования ферментов в клетке, таким образом, измерение концентраций целевых липидов в определенной области клетки в режиме реального времени позволило бы решить целый ряд вопросов о том, какие процессы протекают в здоровых и больных клетках.

Продемонстрировав возможность разработанного подхода, исследователи из группы Вонва в настоящее время создают библиотеку белков, способных к специфическому связыванию с широким кругом целого ряда липидов.