Световые инструменты позволяют ученым точно исследовать внутриклеточное разделение фаз

        

Создавая новые инструменты, которые используют свет, чтобы исследовать тайны клеточного поведения, исследователи Принстона сделали открытия о создании клеточных компонентов, называемых мембранными органеллами, и ключевую роль, которую эти органеллы играют в клетках.

В двух работах, опубликованных 29 ноября в журнале Cell исследователи из нескольких отделов Принстона сообщают об условиях, которые приводят к образованию мембранных органелл и влиянию, которое образование оказывает на клеточную ДНК.

Клиффорд Brangwynne, адъюнкт-профессор химической и биологической инженерии и руководитель исследовательских групп, сказал, что разработка двух световых систем, используемых в исследовании, может оказаться, по крайней мере, столь же значительным в долгосрочной перспективе, как и результаты работ , Инструменты, разработанные исследователями, позволяют ученым точно исследовать внутриклеточное разделение фаз – процесс, посредством которого хаотическая жидкая материя внутри клеток трансформируется в функционирующие клеточные клетки, называемые мембранными органеллами.

. Долгое время наблюдалось, что эти органеллы играют важную роль в здоровье человека. Например, потеря их жидкоподобной консистенции связана с заболеваниями, включая рак, болезнь Альцгеймера и боковой амиотрофический склероз (БАС). Предыдущие работы в лаборатории Brangwynne показали, что мембранные органеллы играют важную роль в клеточном росте. И одна из двух недавних работ Cell демонстрирует, что они также влияют на гены, контролирующие клеточное поведение.

«Эти технологические системы, которые мы недавно разработали для контроля внутриклеточных фазовых переходов, должны стать мощными инструментами для фундаментальных исследований и иметь много применений, особенно в отношении здоровья человека», – говорит Брангвинн, который также является медицинским институтом Говарда Хьюза Следователь.

В первом проекте исследователи разработали инструмент под названием Corelets и использовали его для создания количественного описания концентрации белков, приводящих к разделению фаз в клетках. Поскольку концентрации белка помогают регулировать сборку без мембранных органелл, описание, называемое фазовой диаграммой, поможет исследователям исследовать механизмы, которые создают органеллы в некоторых локальных областях клетки, но не в других. Это, в свою очередь, может указывать на способы лечения протеиновых сборок, которые идут не так.

Система Corelet использует генетически модифицированные, светочувствительные белки, которые изменяют форму и изменяют свое поведение при воздействии света. Белки, в данном случае белки человеческой крови, называемые ферритином, объединяются в крошечную сферу. Воздействие синего света приводит к тому, что другие белки прилипают к сфере ферритина. Изменяя некоторые параметры, исследователи могут использовать эту технику для инициирования разделения фаз в разных областях клеток.

«Благодаря этим инструментам с подсветкой мы получили беспрецедентное представление о контроле фазовых переходов внутри ячеек», – сказал Дэн Брача, докторант-исследователь и ведущий автор бумаги Corelets.

Во второй работе исследователи изучают, как образование мембранных органелл влияет на ядро ​​клетки. Используя второй инструмент, названный CasDrop, исследователи смотрели на хроматин, смесь ДНК, РНК и белка внутри ядра. Они обнаружили, что, когда в ядре образуются мембранные органеллы, они неожиданно деформируют хроматин. Они показали, что капли вытесняют нежелательные гены, но могут одновременно сжимать специально предназначенные гены. Таким образом, капли могут функционировать как небольшие механически активные машины для реструктуризации генома.

Система CasDrop основывается на революционной технологии редактирования генов CRISPR, в которой используется белковая машина под названием Cas9 для борьбы с определенными генами в клетке. Brangwynne и его коллеги спроектировали Cas9 для работы в качестве платформы, которая при активации света заставляет другие белки связываться с геном и локально разделять фазу, образуя небольшие капли росы на поле хроматина.

Соавторами книги CasDrop были Yongdae Shin, докторант-исследователь, и Yi-Che Chang, докторант по химии.

Phillip Sharp, лауреат Нобелевской премии и профессор Института интегративных онкологических исследований им. Коха в Массачусетском технологическом институте, который не участвовал в исследованиях, отметил, что полученные результаты продвигают наше понимание мембранных органелл.

«Brangwynne и его коллеги изобрели новый метод для исследования того, как взаимодействия между белками динамически образуют конденсаты с свойствами фазового перехода в живых клетках», – сказал Шарп. «Эти две статьи посвящены захватывающим открытиям в области физики и клеточной биологии, которые приведут к новым методам лечения заболеваний от рака до болезни Альцгеймера».

Источник:

https://engineering.princeton.edu/news/2018/11/29/new-tools-illuminate-liquid-forces-play-living-cells

      

Source link