Клетки используют сахар для общения на молекулярном уровне
Ученые обнаружили, что молекулы сахара играют ключевую роль в клеточной коммуникации, выступая в качестве «каналов» связи
Организм человека состоит из 30-40 триллионов клеток, большой и сложной сети клеток крови, нейронов и специализированных клеток, которые составляют органы и ткани. До сих пор выяснение того, какие механизмы контролируют связь между ними, было серьезной проблемой для клеточной биологии.
Исследования, проведенные Вирджилом Перцеком на химическом факультете Пенна в сотрудничестве с с университетами Темпл и Аахен, предоставляют новый инструмент для изучения синтетических клеток с невероятной детализацией.
Вирджил Перцек и его группа продемонстрировали ценность их метода, посмотрев, как структура клетки диктует ее способность общаться и взаимодействовать с другими клетками и белками. Они обнаружили, что молекулы сахара играют ключевую роль в клеточной коммуникации, выступая в качестве «каналов», которые клетки и белки используют для общения друг с другом.
«В конечном счете, наше исследование посвящено пониманию того, как функционируют клеточные мембраны», — говорит Перцек. «Люди давно пытаются понять, как функционируют клетки человека, но это очень трудно сделать.»
Клеточные биологи исторически использовали дифракцию для изучения клеток. Этот процесс включает в себя разделение и фотографирование отдельных частей клеток, таких как белки, на молекулярном уровне. Проблема с этим подходом, однако, заключается в том, что он не позволяет изучать клетку в целом.
Более новые методы, такие как флуоресцентная микроскопия, позволяют исследователям изучать целые клетки, но эти инструменты сложны и не обеспечивают вид с высоким разрешением, который может обеспечить дифракция.
Используя искусственные синтетические клетки в качестве модельной системы, ученые открыли способ непосредственного исследования клеточных мембран с использованием метода, называемого атомно-силовой микроскопией. Этот подход позволяет получать изображения с очень высоким разрешением, которые выявляют формы и структуры в масштабе менее нанометра, что почти в 10000 раз меньше ширины человеческого волоса. Используя такой метод, группа Перцека построила модель, которая вычисляет, как структурные изображения связаны с функцией клетки.
Исследование является первым примером дифракционного метода, который можно проводить на целых синтетических клетках. Используя этот новый метод, группа Перцека обнаружила, что более низкая концентрация сахаров на поверхности клеточной мембраны приводит к повышенной реактивности с белками на мембранах других клеток.
Одна из целей ученых состоит в том, чтобы выяснить, как управлять межклеточной связью и функционированием клетки, что связано с текущей работой группы по созданию гибридных клеток, состоящих из частей человеческих и бактериальных клеток. В то время как группа Перцека изучает имитаторы клеточных мембран с 2010 года, открытие нового метода, подобного дифракции, было, как описывает Вирджил Перцек, «счастливой случайностью».
Cesar Rodriguez-Emmenegger et al, Encoding biological recognition in a bicomponent cell-membrane mimic, Proceedings of the National Academy of Sciences (2019). DOI: 10.1073/pnas.1821924116