Липидный код: новые химические инструменты могут контролировать концентрацию липидов в живых клетках

Липиды, или жиры, выполняют множество функций в организме: формируют мембранные барьеры, запасают энергию или действуют как сигнальные молекулы, регулирующие рост клеток и высвобождение гормонов. Многие из них также являются биомаркерами тяжелых заболеваний. До сих пор было очень сложно анализировать функции этих молекул в живых клетках. Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка (MPI-CBG) в Дрездене и Исследовательского института молекулярной фармакологии им. Лейбница (FMP) в Берлине разработали химические инструменты, которые можно активировать светом и использовать для влияния на концентрацию липидов в живых клетках. Этот подход может позволить врачам совместно с биохимиками выяснить, что именно делают молекулы внутри клетки. Исследование опубликовано в журнале PNAS.

Каждая клетка может создавать тысячи различных липидов. Однако мало что известно о том, как это химическое разнообразие липидов способствует передаче сигналов внутри клетки, другими словами, липидный код клетки все еще неизвестен. Это в основном связано с отсутствием методов для количественного изучения функции липидов в живых клетках. Понимание того, как работают липиды, очень важно, поскольку они контролируют функцию белков по всей клетке и участвуют в переносе важных веществ в клетку через клеточную мембрану. Удивительно, что в этом процессе лишь ограниченное число классов липидов на внутренней стороне клеточной мембраны действует как сигнальные молекулы, но они получают сигналы от тысяч различных рецепторных белков. До сих пор неясно, как это изобилие сигналов может быть легко распознано и передано.

Исследовательские группы под руководством Андре Надлера в MPI-CBG и Александра Вальтера в FMP в сотрудничестве с Техническим университетом Дрездена разработали химические инструменты для контроля концентрации липидов в живых клетках. Эти инструменты можно активировать светом. Милена Шумахер, ведущий автор исследования, объясняет: «Липиды на самом деле не являются отдельными молекулярными структурами, а различаются мелкими химическими деталями. Например, у некоторых более длинные жирнокислотные цепи, а у некоторых — немного короче. Используя сложную микроскопию в живых клетках и подходы математического моделирования, мы смогли показать, что клетки действительно способны распознавать эти крошечные изменения с помощью специальных эффекторных белков и, возможно, использовать их для передачи информации. Было важно, что мы могли точно контролировать, сколько каждого отдельного липида было задействовано». Андре Надлер, курировавший исследование, добавляет: «Эти результаты указывают на существование липидного кода, который клетки используют для перекодирования информации, обнаруженной снаружи клетки, на ее внутренней стороне».

Результаты исследования могут позволить мембранным биофизикам и биохимикам, изучающим липиды, проверять свои результаты с помощью количественных данных из живых клеток. Андре Надлер добавляет: «Клиницисты также могут извлечь выгоду из нашего нового метода. При таких заболеваниях, как диабет и высокое кровяное давление, в крови обнаруживается больше липидов, выступающих в роли биомаркеров. Это можно визуализировать с помощью липидного профиля. С помощью нашего метода врачи теперь могли бы точно видеть, что делают липиды в организме. Раньше это было невозможно».