Продвинутые методы визуализации показывают, что структура туннельных нанотрубок бросает вызов концепции клеток

] 1 февраля 2019 года

Клетки в организме человека могут общаться друг с другом так же, как это делают люди. Это взаимодействие позволяет органам человеческого тела работать синхронно, что последовательно позволяет людям выполнять значительное количество задач, с которыми они сталкиваются ежедневно.

Нейронные клетки человека, соединенные нанотрубкой. (Фото предоставлено Анной Пепе / Институтом Пастера)

«Туннельные нанотрубки», или вкратце ТНТ, являются одним из таких способов коммуникации. В Институте Пастера исследовательская группа во главе с Кьярой Цурзоло использовала самые современные методы визуализации и в конечном итоге заметила, что структура этих туннельных нанотрубок бросает вызов самому представлению о клетках. Результаты исследования были опубликованы в Nature Communications .

ТНТ, как следует из их названия, представляют собой очень маленькие туннели, которые соединяют две или более клетки и помогают в транспортировке широкого спектра грузов между ними, таких как вирусы, ионы и целые органеллы. Тем не менее, более ранние исследования, проведенные теми же исследователями (Membrane Traffic and Pathogenesis Unit) в Институте Пастера, показали, что TNT играют критическую роль в межклеточной пролиферации патогенных амилоидных белков, связанных с болезнью Паркинсона и Альцгеймера. Это заставило ученых предположить, что ТНТ играют важную роль в распространении нейродегенеративных заболеваний в головном мозге и, таким образом, означают новую потенциальную терапевтическую мишень для остановки развития этих неизлечимых заболеваний. Кроме того, ТНТ, по-видимому, играют активную роль в сопротивлении раку лечению. Тем не менее, исследователи до сих пор мало знают о тротилах и о том, как они связаны или отличаются от других видов клеточных выпячиваний, таких как филоподии, и, следовательно, они решили продолжить свои исследования, чтобы более подробно рассмотреть эти мелкие трубчатые соединения.

Догмат опрошенной ячейки

Следовательно, требуется более глубокое понимание этих мелких трубчатых соединений, потому что тротилы могут иметь важные последствия для здоровья и заболеваний людей. И наоборот, было очень трудно решить эту проблему из-за мимолетной и деликатной природы этих структур, которые не выдерживают традиционных микроскопических подходов. Следовательно, чтобы устранить эти барьеры, ученые объединили ряд передовых методов электронной микроскопии и впоследствии получили изображения тротила при температурах ниже точки замерзания.

Благодаря этой технике визуализации ученые успешно интерпретировали структуру ТНТ более подробно. В частности, они продемонстрировали, что большинство тротилов, ранее показанных как одиночные соединения, на самом деле состоят из нескольких небольших туннельных нанотрубок меньшего размера (iTNT). Изображения этих нанотрубок также показали, что есть тонкие провода, которые присоединяются к iTNT, что, в свою очередь, может способствовать повышению их механической стабильности. Используя замедленную съемку, исследователи выявили перенос органелл и, таким образом, продемонстрировали функциональность iTNT. Наконец, команда использовала специальный вид микроскопии под названием «FIB-SEM» для создания трехмерных изображений, которые имеют достаточное разрешение, чтобы четко обнаружить, что TNT «открыты» на обоих концах, и, таким образом, обеспечивают непрерывность между двумя ячейками.

Это открытие ставит под сомнение догму клеток как отдельных единиц, показывая, что клетки могут открываться соседям и обмениваться материалами без мембранного барьера .

Кьяра Зурзоло, руководитель отдела мембранного движения и патогенеза, Институт Пастера.

Новый этап декодирования связи между ячейками

Используя рабочий процесс обработки изображений, который усиливает и предотвращает более ранние ограничения инструментов, используемых для анализа анатомии ТНТ, исследователи предлагают первое структурное описание ТНТ. Что наиболее важно, они дают полное доказательство того, что это новые клеточные органеллы с отличной структурой и сильно отличаются от других известных клеточных выпячиваний.

Описание структуры позволяет понять механизмы, участвующие в их образовании, и обеспечивает лучшее понимание их функции при передаче материала непосредственно между (цитозолем) двух соединенных клеток .

Кьяра Зурзоло, руководитель отдела мембранного движения и патогенеза, Институт Пастера.

Кроме того, стратегия команды, которая сохраняет эти хрупкие структуры, будет полезна для изучения роли тротила в других патологических и физиологических условиях.

Исследование представляет собой важный шаг к расшифровке межклеточной коммуникации посредством тротила и закладывает фундамент для исследования их физиологических функций, а также их роли в распространении частиц, связанных с бактериями, вирусами и другими заболеваниями, и неправильно свернутые белки.

Видео команды Кьяры Зурцоло (на английском языке), размещенное на канале Institut Pasteur Youtube. (Видео предоставлено Институтом Пастера)

Source link