Noua tehnologie de tăiere dezvăluie structuri în celule care ar fi putut fi prezise doar înainte

Noile abordări permit oamenilor de știință de la IST austriacă să privească cele mai interioare celule: imaginile de înaltă rezoluție ale celulelor înghețate prezintă structuri care ar fi putut fi speculate doar înainte.

Celulele din corpul nostru se mișcă. Unii migrează de la A la B pentru a vindeca răni sau pentru a combate agenții patogeni. O fac cu ajutorul unor „picioare” mici la marginea frontală a celulelor migratoare, așa-numitele lamellipodia. Aceste extensii subțiri sunt împinse înainte și legate de suprafață în timp ce restul celulei este tras în față. În interiorul acestor picioare se află o rețea densă de fire proteice întrețesute, numite filamente de actină, care formează citoscheletul celulei. Până acum, nu era clar cum complexul Arp2 / 3, un ansamblu de șapte proteine ​​centrale pentru mobilitatea celulară, germinează noi filamente de actină din cele existente și generează astfel rețele ramificare densă care asigură forțelor de respingere necesare celulei.

Alegeri dure

Până acum, oamenii de știință trebuiau să decidă când doreau să analizeze structura complexului Arp2 / 3: o opțiune era să o studieze singură, în care complexul proteic este în conformație inactivă și, prin urmare, nu permite înțelegerea cum este rețeaua. formare. Cu toate acestea, pentru a fi activat complet, este necesară legarea complexă Arp2 / 3 la filamentele de actină. Acest lucru necesită utilizarea unei metode numite tomografie electronică, care are un cost de rezoluție semnificativ mai mic. „Datele anterioare de tomografie electronică din complexele Arp2 / 3 legate de filamentele de actină într-un mediu de eprubetă erau prea vagi, făcând imposibil să se spună fără echivoc unde trebuie localizate componentele individuale ale complexului”, a explicat Florian Fäßler, culise în grupul profesorului austriac IST Florian Schur.

Complex proteic Arp2 / 3

Complexul proteic Arp2 / 3 cu cele șapte subunități (colorate) la legarea de filamente de actină (gri). Credit: © Florian Fäßler, IST Austria

De mai bine de doi ani, el caută o modalitate de a descrie complexul proteic în mediul său natural, astfel încât structurile individuale să poată fi analizate cu precizie. Acum a reușit. El a imaginat complexul din lamellipodia celulei de șoarece în conformația sa funcțională legată de actină. „Ne-am spus: Bine, mergem în celulă, unde mediul este mult mai complicat, deoarece nu numai complexul proteic și filamentele de actină sunt toate tipurile și a altor lucruri. Dar a fost singura modalitate pentru noi de a menține această rețea în așa fel încât să putem determina structura acesteia ”, a spus biologul molecular Florian Schur.

Celulele înghețate de șoc

Acest lucru a fost posibil datorită temperaturilor de minus 196 de grade Celsius. În câteva milisecunde, cercetătorii au înghețat probele – prea repede pentru a permite formarea cristalelor de gheață care ar fi distrus structurile delicate ale celulei. Apoi au folosit unul dintre cele mai puternice microscopii crio-electronice disponibile – și singurul de acest gen din Austria – pentru a vizualiza celulele din diferite unghiuri folosind tomografie crio-electronică. Procedând astfel, echipa a colectat suficiente date pentru reconstrucția 3D a peste 10.000 de complexe Arp2 / 3 în starea lor funcțională. Combinate cu procesarea avansată a imaginii, au produs apoi un model 3D al complexului Arp2 / 3 la o rezoluție mai mică de un nanometru. Pentru comparație: părul uman are o grosime de aproximativ 50.000 nanometri. „Putem descrie acum cu o oarecare precizie structura complexului proteic și a subunităților sale și modul în care acestea formează rețeaua filamentului de actină în interiorul lamellipodului celulelor ocupate anterior”, a spus el. Florian Fäßler. „Acum cinci ani, probabil că nimeni nu ar fi crezut că se poate face acest lucru”, adaugă Schur.

La maxim

Datorită metodologiei dezvoltate, echipa ar putea respinge un model anterior care presupunea conexiuni de suprafață mult mai mari între Arp2 / 3 și filamente complexe de actină. Cu toate acestea, oamenii de știință au confirmat alte aspecte ale modului în care acest complex este reglementat și formează noi filamente de actină. Cu aceste cunoștințe, alți oameni de știință pot înțelege acum mai bine reglementarea și activitatea acestui complex proteic în rolurile sale multiple dincolo de mobilitatea celulară și dezvoltarea bolii. „Ceea ce am făcut este să mergem cât mai departe în prezent cu astfel de probe metodologice și de soluții complexe. Odată cu decizia actuală, am câștigat noi cunoștințe biologice, dar a fost, de asemenea, o dezvoltare metodologică de arătat: Este posibil ”, a spus Schur cu entuziasm. Florian Fäßler vrea acum să îmbunătățească în continuare metoda de vizualizare a altor proteine ​​și de a explora măsura în care metoda ne permite să vedem în interiorul unei celule. „Abia începem să realizăm întregul potențial al tomografiei crio-electronice”, a spus Schur.

Credit: „Structura complexă de tomografie crio-electronică Arp2 / 3 în celule dezvăluie noi perspective asupra joncțiunii ramurilor” de Florian Fäßler, Georgi Dimchev, Victor-Valentin Hodirnau, William Wan și Florian KM Schur, 22 decembrie 2020, Comunicarea naturii.
DOI: 10.1038 / s41467-020-20286-x

Finanțare: Austrian Science Fund (FWF), Georgi Dimchev, Florian Schur.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Oamenii de știință dezvăluie cheia creșterii musculare adecvate

Analiza imunofluorescenței unui grup de celule stem proliferante asociate cu fibre musculare (gri). Celulele stem produc Dll1 (roșu) și MyoD (verde). Două...

ExoMars Orbiter surprinde fermitatea la locul de aterizare al craterului Mars Jezero

ESA-Roscosmos Trace Gas Orbiter a observat vehiculul NASA Perseverance Mars 2020, împreună cu o parașută și o carapace spate, un scut termic și o...

Reglarea cuantică în grafen avansează era comunicațiilor fără fir Terahertz de mare viteză

Tunelare cuantică. Credit: Daria Sokol / Biroul de presă MIPT Oamenii de știință de la MIPT, Universitatea Pedagogică de Stat din Moscova și Universitatea...

Un model agresiv bazat pe piață pentru dezvoltarea energiei de cuplare

Conceptul ARC Fusion Pilot Plant a fost dezvoltat la MIT ca o demonstrație a potențialului magneților supraconductori de temperatură înaltă de a reduce costurile...

Sug este mai important în cercetare decât potrivirea corectă a măștilor de față COVID

O echipă de cercetători care studiază eficacitatea diferitelor tipuri de măști de față a constatat că este cea mai bună protecție împotriva acesteia COVID-19,...

Newsletter

Subscribe to stay updated.