Нанотрубки-«автостопщики» показали, как клетки перемешивают своё содержимое

Химические инженеры из Университета Райса и биофизики из Гёттингенского и Амстердамского университетов впервые отследили отдельные молекулы внутри живых клеток с помощью углеродных нанотрубок.

Новый метод позволил обнаружить, что клетки перемешивают своё внутреннее содержимое с помощью тех же моторных белков, которые обеспечивают сокращение мышц. Исследование, проливающее новый свет на механизмы биологического транспорта, опубликовано в Science.

Метод: нанотрубки как маячки

Команда прикрепила углеродные нанотрубки к транспортным молекулам — кинезиновым моторам, чтобы визуализировать и отслеживать их движение в цитоплазме живых клеток.

• Углеродные нанотрубки — это полые цилиндры из чистого углерода со стенками толщиной в один атом.
• Они обладают естественной флуоресценцией в ближнем инфракрасном диапазоне при облучении видимым светом.
• Прикреплённые к молекуле, нанотрубки служат крошечными маячками, которые можно точно отслеживать в течение длительного времени — от миллисекунд до часов.

Результат: клетки «взбалтывают» себя

Исследование показало, что помимо сложного механизма дальнего транспорта (с помощью моторных белков и липидных везикул), клетки используют более простой способ перемещения объектов в переполненной внутренней среде.

• Клетки активно «взбалтывают» своё содержимое, подобно тому, как химик ускоряет реакцию, встряхивая пробирку.
• За это перемешивание отвечает моторный белок миозин — тот же, что участвует в мышечном сокращении.
• Подавление активности миозина с помощью лекарств приводило и к подавлению перемешивания.

Механизм: случайные сокращения цитоскелета

Цитоскелет клетки состоит из сетей белковых филаментов, таких как актин.

• Миозин формирует пучки, которые активно и кратковременно сокращают актиновую сеть.
• Случайные «щипки» упругой актиновой сети множеством миозиновых пучков приводят к глобальному внутреннему перемешиванию клетки.
• Теоретическая модель, объясняющая измерения, была разработана с учётом упругих свойств цитоскелета и характеристик генерации силы моторами.

Значение

Открытие не только углубляет понимание клеточной динамики, но и указывает на возможности в создании «активных» материалов — например, микроскопических биомедицинских устройств для смешивания образцов крови с реагентами или «умных» фильтров.