Исследователи из Университета Пенсильвании теперь показали отношения, которые управляют этим процессом, известным как эндоцитоз.Их новое исследование, опубликованное по своей природе Коммуникации, показывает, что порог, в котором белки имеют успех при создании пузырька, зависит и от количества сгибающих мембрану белков и от напряженности в самой мембране. Как напряженность на мембранных уменьшениях, меньше белков необходимо, чтобы достигнуть той критической массы.
Вычисление, где этот порог находится в данной клетке, было бы полезно для понимания многих биологических процессов. Много болезней разрушают нормальный эндоцитоз, так изменение этого порога, могло бы оказаться, было бы основанием для будущего лечения.Эти отношения между деятельностью белка и мембранными напряженными отношениями могут также помочь объяснить недавно обнаруженный «сверхбыстрый эндоцитоз» путь, в котором клетки иногда в состоянии сформировать пузырек в нескольких миллисекундах, тысячи времен быстрее чем обычно.Исследование проводилось Тобиасом Баумгартом, адъюнкт-профессором в Отделе Химии в Школе Пенна Искусств & Наук, и Чжэн Ши, аспиранта в лаборатории Бомгарта.
Биохимики определили класс белков, которые облегчают эндоцитоз, надевая клеточную мембрану. Однако точно, что роль каждый из членов этого класса белков играет и сколько необходимо, чтобы сформироваться, пузырек остается неясным. Методы микроскопии, у которых есть резолюция, чтобы ответить на такие вопросы, устраняют возможность наблюдения эндоцитоза в действии.
«Есть сильные методы, которые позволяют ученым ясно видеть, как белки изменяют мембранную форму на молекулярном уровне», сказал Ши. «Однако это более сложно, чтобы посмотреть на то, как этот процесс изменяется со временем с теми методами, потому что образцы обычно должны приноситься в твердое состояние, такой как, замораживая их. По той же самой причине также почти невозможно с этими методами точно управлять, насколько напряженный мембраны».«Наш подход», Бомгарт сказал, «был основан на технике, развитой в нашей лаборатории, которая может использоваться, чтобы контролировать мембранную напряженность и посмотреть на процесс мембранного закрепления белка в режиме реального времени».Чтобы обойти ограничения в том, что они видели через их микроскопы, исследователи развивали технику для выведения необходимой информации от образцовой системы.
Они создали автономные клеточные мембраны, флуоресцентно маркированные и частично высосанные в пипетку. Стандартизированный объем всасывания вовлек небольшое количество мембраны в пипетку, формируя «нос» на в других отношениях сферической образцовой клетке.Исследователи выставили образцовую клетку ванне сгибающих мембрану белков, флуоресцентно маркированных в различном цвете.
Они присоединились к внешности образцовой клетки и начали процесс эндоцитоза в многократных местах сразу.«С точки зрения белков», сказал Бомгарт, «не имеет значения, что они за пределами образцовой клетки. Это – эффективно плоская поверхность для них, точно так же, как Земля кажется плоской с нашей точки зрения».
Поскольку белки коллективно потянули со стороны мембраны образцовой клетки, которая была за пределами пипетки, они смогли вытянуть часть мембраны, которая была поймана в ловушку внутри. Это сократило длину «носа», оставленного там. Измеряя это изменение, исследователи смогли вывести пункт, в котором эндоцитоз начал происходить на мембране образцовой клетки.
Они могли тогда вычислить общую сумму белка, включенного в том пункте, как обозначено интенсивностью их флуоресцентных маркеров.Изменение силы давления всасывания на пипетку также изменило общую напряженность на мембранах образцовых клеток, позволив исследователям непосредственно наблюдать ролевую напряженность, играемую в отношении количества сгибающих мембрану белков на работе.Взаимодействие между этими двумя факторами означает, что порог, в котором начинается эндоцитоз, может быть понижен не только, развернув больше белков, но также и уменьшив общую напряженность в мембране. Хотя не было возможно изучить весь механизм в образцовых клетках, последний метод мог бы объяснить скорость, с которой сверхбыстрый эндоцитоз начинается в живых клетках.
«Это похоже на получение сообщения Вашему другу, вызывая вместо того, чтобы идти», сказал Бомгарт, «сигнал напряженности буквально размножается как волна через мембрану клетки, которая намного быстрее, чем создание большего количества белков и необходимость в них, чтобы физически добраться до места, где пузырек формируется».В то время как их эксперимент только использовал один тип сгибающего мембрану белка, будущее исследование, используя эту технику позволит исследователям непосредственно исследовать роль другие участники этой игры класса в эндоцитозе.