Новый метод помогает анализировать белки при динамических процессах на биологических мембранах.

Большая часть биологически значимых процессов происходит в мембранах. Изучение динамики этих процессов в реальном времени и без нарушения биологической системы остается серьезной методологической проблемой. Команда под руководством Петры Шуэлле, директора Института биохимии Макса Планка, и Николаса Хундта из Мюнхенского университета Людвига-Максимилиана разработала новый метод для этой цели: отслеживание масс-чувствительных частиц (MSPT). С помощью MSPT движения и взаимодействия отдельных немеченых белков на биологических мембранах можно определить только по их массе.

Клеточные процессы на мембранах часто бывают быстрыми и недолговечными. Молекулы ненадолго собираются, затем снова разделяются, взаимодействуют с разными партнерами и перемещаются вдоль или поперек мембраны. Поэтому важно не только изучать статические снимки этих процессов, но и понимать их динамику. Но как этого добиться систематически? Петра Швилле из Института биохимии Макса Планка и Николас Хундт из Университета Людвига Максимилиана вместе со своей командой разработали метод отслеживания масс-чувствительных частиц — MSPT, который позволяет анализировать белки во время динамических процессов на мембранах.

Отправной точкой для биофизиков стали недавние разработки в области массовой фотометрии, которую уже можно использовать для определения молекулярной массы немеченых молекул в растворе. Новым в MSPT является то, что динамику ассоциированных с мембранами белков теперь можно проследить в их биологически приемлемой среде. В этом процессе отдельные белки распознаются по их молекулярной массе без необходимости маркировки.

«Теперь мы можем напрямую отслеживать массу отдельных белков на мембранах, их движение и взаимодействие. Это позволяет нам более подробно изучать динамику биологических систем», — говорит Фредерик Стирт, один из первых авторов этой публикации. «Анализ динамических процессов особенно важен в биологии, где многие процессы на мембране временны.

Определение массы по светорассеянию

На каких принципах основан новый метод? Когда свет попадает на частицу, свет рассеивается. Интенсивность рассеянного света зависит от массы частицы. Видео, в которых отдельные белки появляются на мембранах, записываются непосредственно под микроскопом. С помощью программного обеспечения для анализа эти белки можно отслеживать и идентифицировать рассеянные сигналы, тем самым определяя их массу. В настоящее время это возможно для белков с молекулярной массой не менее 50 кДа, то есть для значительной части всех известных белков. Еще одно преимущество нового метода MSPT состоит в том, что белки не нужно маркировать. Мечение может быть выполнено, например, путем прикрепления флуоресцентных меток к молекулам. Однако маркировка представляет собой риск того, что белки могут быть повреждены в их функции или что флуоресцентные метки могут обесцветиться во время эксперимента. Напротив, использование MSPT предотвращает методологические проблемы, которые могут возникнуть в результате маркировки.

Белковая система MinDE

Чтобы продемонстрировать потенциал метода биологических вопросов, биофизики использовали стабильную систему из лаборатории Швилля: белковую систему MinDE из бактерий. кишечная палочка (Э. кишечная палочка). Белки MinD и MinE участвуют в бактерии кишечной палочки деление клеток.

Метод позволяет охарактеризовать свойства динамических систем, которые ранее не поддавались измерению. Это позволило нам не только проверить выводы о системе Min, но и получить новые идеи ».

Тамара Германн, первый автор

Используя MSPT, команда смогла показать, что комплексы белков MinD больше, чем предполагалось изначально. Кроме того, эксперименты дают первоначальное представление о том, что MinE может действовать как связывающий элемент для белков MinD и, таким образом, может инициировать высвобождение через мембрану более крупных комплексов.

Как сообщается в новой статье, MSPT предоставляет ценную информацию для выяснения динамических процессов в биологических мембранах. Однако исследователи постоянно работают над дальнейшим улучшением метода. В будущем этот метод должен быть применим к интегральным трансмембранным белкам и должен позволить обнаруживать более мелкие белки.