Швейцарские ученые создали молекулу, группы в которой могут поворачиваться относительно друг друга в ответ на внешнее давление и менять характеристики флуоресценции. Исследователи показали, что это свойство можно использовать для измерения напряжения в клеточных мембранах. Статья опубликована в журнале Nature Chemistry.
Клеточная мембрана выступает в качестве барьера между содержимым клетки и внешней средой или содержимым органеллы и внутриклеточной средой. Мембрана состоит из белков и липидов и может растягиваться. При этом расстояние между липидами увеличивается. Поскольку напряжение клеточной мембраны зависит от многих факторов и влияет на многие процессы, к примеру, препятствует эндоцитозу (поглощению внешнего материала клеткой), биологи пытаются изучить особенности механизмов растяжения.
Группа под руководством Орельена Ру (Aurelien Roux) из Женевского университета разработала новый метод измерения напряжения в клеточных мембранах. В его основе лежит органическая молекула с двумя флуоресцентными группами, соединенными углерод-углеродной связью. В обычном состоянии группы повернуты относительно друг друга из-за отталкивания между метильными группами и внутрикольцевыми атомами серы. При приложении достаточного внешнего давления группы в молекуле выравниваются и становятся параллельными.
Метод основан на том, что изменение ориентации флуоресцентных групп влияет на параметры флуоресценции, в частности на время жизни возбужденного состояния и интенсивность излучения. Исследователи решили использовать в качестве показателя давления именно время жизни, потому что результаты его измерения не зависят от параметров оптической установки, в отличие от интенсивности.
Изначально ученые проверяли работу метода на искусственных мембранах, созданных из однослойных липосом, к которым добавляли небольшое количество молекул-зондов. Эксперименты показали, что время жизни возбужденного состояния увеличивается пропорционально доле липидов, формирующих жидкоупорядоченную фазу, и «зажимающих» молекулы-зонды между собой.
Кроме того, ученые провели несколько экспериментов на настоящих клетках. В частности, они показали на примере эпителиальных клеток почек собак Мадин-Дарби, которые часто используются для биомедицинских исследований, что молекулы-зонды позволяют обнаружить различия в плотности упаковки липидов в различных областях клеточной мембраны.
Также исследователи проверили способность молекулы-зонда показывать напряжения в клеточной мембране. Они подвергали клетки осмотическому удару, при котором резкое изменение концентрации веществ, растворенных в окружающей клетки среде, приводит к резкому увеличению или уменьшению объема клетки из-за осмотических сил. Эксперименты показали, что время жизни возбужденного состояния молекул при флуоресценции линейно зависит от осмотического давления, причем эта зависимость специфична для конкретных типов клеток.
В прошлом году американские химики применили молекулярные моторы в качестве агентов, увеличивающих проницаемость клеточных мембран. Моторы работали в качестве сверла, проделывающего отверстие в мембране под действием определенной волны. Эксперименты показали, что с их помощью можно доставлять краситель в клетку.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение