Ученые создали полную карту расположения белков в клетках человека
Каждая клетка человека содержит около 10 тысяч видов белков, которые выполняют свои функции в определенных «отделах» — органеллах и других структурных компонентах клетки. Однако до сих пор исследователи могли изучать только небольшую часть этих белков. Новый инструмент ученых из Chan Zuckerberg Biohub San Francisco, получивший название Organelle Profiling, позволил составить карту местоположения более 8 тысяч белков во всех отделах клеток.
Белки внутри клетки можно сравнить с сотрудниками, которые выполняют свои задачи на разных участках «фабрики». Однако при изменении условий, например, при вирусной инфекции, белки могут перемещаться между органеллами, изменяя свою функцию. Ранее эксперты в основном сосредотачивались на изучении количества белков или их предшественников — молекул мРНК, чтобы понять, как клетки реагируют на изменения. Новый метод показывает, что перемещения белков часто происходят независимо от их общего количества, что добавляет совершенно новый слой понимания работы клеток.
«Если мы хотим получить полную картину того, что происходит в клетках при заболеваниях, нам нужно учитывать не только изменения в количестве белков, но и их пространственную организацию,» — отметил Мануэль Леонетти, руководитель группы Intracellular Architecture и один из авторов исследования.
В рамках экспериментов команда использовала уникальные молекулярные маркеры для 19 основных клеточных структур, включая эндоплазматический ретикулум, митохондрии и цитозоль. Клетки аккуратно разрушались с помощью шприца, чтобы сохранить целостность органелл, после чего белки анализировались с использованием масс-спектрометрии. Это позволило не только выявить местоположение белков, но и установить их взаимосвязи внутри клетки.
Исследователи также проверили, как клетки реагируют на вирусную инфекцию. Для этого клетки подвергались воздействию коронавируса OC43, вызывающего обычную простуду. Результаты показали, что 633 вида белков изменили свое местоположение, а количество 429 видов белков либо увеличилось, либо уменьшилось. Однако лишь 54 вида белков одновременно изменили и количество, и местоположение, что указывает на необходимость комплексного подхода к изучению клеточных реакций.
Особое внимание ученые уделили белкам, связанным с ферроптозом — формой запрограммированной клеточной смерти. Оказалось, что ферроптоз способствует вирусной инфекции: его активация усиливает заражение, а подавление — ослабляет. Эти выводы открывают новые возможности для разработки антивирусных препаратов, направленных на модуляцию ферроптоза.
Метод Organelle Profiling имеет потенциал для широкого применения не только в вирусологии, но и в изучении таких заболеваний, как болезнь Альцгеймера. Специалисты планируют использовать его для анализа изменений пространственной организации белков в различных патологических состояниях.
«Наша методика может пролить свет на биологические механизмы множества заболеваний и дать новые идеи для их лечения,» — подчеркнул Леонетти.
Команда сделала свои данные и инструменты, включая клетки и реагенты, доступными для других исследователей. Разрабатываемое программное обеспечение позволит ученым всего мира строить собственные карты белков, сравнивая, как клетки адаптируются к различным условиям.
«Наш метод объединяет высокую детализацию данных с простотой выполнения экспериментов,» — добавил Джош Элиас, один из авторов работы. «Эта технология может быть использована в самых разных лабораториях для проведения интересных исследований.»
Новый подход не только предоставляет детальное представление о внутренней организации клеток, но и открывает путь к созданию новых моделей их функционирования. Такой инструмент может стать важным шагом на пути к более глубокому пониманию механизмов жизни и разработки инновационных терапевтических стратегий.
Ранее ученые разработали модель искусственного интеллекта, который раскрывает «язык» клеток и предсказывает их поведение.
