הדמיית הובלת שומנים בתוך תאים חיים עם מיקרוסקופיית פלואורסצנט

לְעִניָן:

טכניקה חדשה לתמונות ליפידים בודדים: ליפידים קשה לאיתור מיקרוסקופיית אור. באמצעות אסטרטגיית תיוג כימית חדשה, צוות דרזדן התגבר על מגבלה זו, מה שמאפשר תובנות חדשות לגבי היכן נמצאים שומנים ספציפיים וכיצד הם מועברים בתאים.

מפה של זרימת שומנים: החוקרים השתמשו בשיטת ההדמיה החדשה של השומנים כדי לענות על השאלה ארוכת השנים כיצד תאים מעבירים ליפידים ספציפיים לממברנות האורגן שלהם. המחקר חשף כי הובלת שומנים שאינם בקתות על ידי חלבונים היא המנגנון העיקרי השומר על הרכב הממברנה של אברונים ספציפיים.

הבנת תפקידם של שומנים במחלות: חוסר איזון בשומנים ממלא תפקיד במספר מחלות מטבוליות או נוירו -ניווניות. טכניקת הדמיית השומנים החדשה תעזור להבין את תפקיד הובלת השומנים בבריאות ובמחלות. זיהוי החלבונים המעורבים בהובלת שומנים סלקטיביים יכול להאיץ תגליות נוספות של יעדי תרופות חדשים למחלות הקשורות בשומנים.

מולקולות שומנים, או שומנים, חיוניים לכל צורות החיים. תאים זקוקים לליפידים כדי לבנות ממברנות, להפריד ולארגן תגובות ביוכימיות, לאחסן אנרגיה ולהעביר מידע. כל תא יכול ליצור אלפי ליפידים שונים, וכאשר הם לא באיזון, מחלות מטבוליות ונוירו -ניווניות יכולות להתעורר. עדיין לא מובן היטב כיצד תאים ממיינים סוגים שונים של שומנים בין אורגני תאים כדי לשמור על הרכב כל קרום. סיבה עיקרית היא שקשה ללמוד שומנים, מכיוון שטכניקות המיקרוסקופיה כדי להתחקות מדויק אחר מיקומם בתאים עד כה חסרים.

בשיתוף פעולה ארוך שנים אנדרה נדלר, ביולוג כימי במכון מקס פלאנק לביולוגיה של תאים מולקולריים וגנטיקה (MPI-CBG) בדרזדן, גרמניה התחברה עם ALF Honigmann, מומחה ביו-הדמיה בביוטכנולוגיה בביוטכנולוגיה (BioTec) באוניברסיטת Tud Dresden, כדי לפתח שיטה שמאפשרת ליטאנסציה של Lipidence Entings intodes intodes intodes in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to in to stodesden. בשכונה בשילוב מיקרוסקופיה. לאחר ההוכחה המוצלחת הראשונה לקונספט, הצמד הביא את מומחה הספקטרומטריה ההמונית אנדרג 'שבצ'נקו (MPI-CBG), Björn Drobot ב- Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), וקבוצת מרטין הופ מה- J. Heyrovsky Institute of Cellululy On to Cellsuls on Leptighs.

ליפידים מלאכותיים מתחת למיטת השזוף

"התחלנו את הפרויקט שלנו עם סינתזת קבוצה של ליפידים שהשתנו באופן מינימלי המייצגים את השומנים העיקריים הקיימים בממברנות האורגן. ליפידים שהשתנו אלה זהים בעיקרם למקביליהם הילידים, עם רק כמה אטומים שונים שאיפשרו לנו לעקוב אחר המיקרוסקופ," מסביר את קריסטין בוהליג, בכימיה של נדלר.

השומנים שהשתנו מחקים ליפידים טבעיים והם "דו -פונקציונליים", מה שאומר שהם יכולים להיות מופעלים על ידי אור UV, מה שגורם לליפיד להתקשר או לחצות עם חלבונים סמוכים. השומנים שהשתנו הועמסו בקרום של תאים חיים, ועם הזמן הועברו לקרומי האברונים. החוקרים עבדו עם תאים אנושיים בתרבית תאים, כמו תאי עצם או מעיים, מכיוון שהם אידיאליים להדמיה.

לאחר הטיפול באור UV, הצלחנו לפקח על השומנים במיקרוסקופיית פלואורסצנט וללכוד את מיקומם לאורך זמן. זה נתן לנו תמונה מקיפה של חילופי שומנים בין קרום התא לממברנות האורגן. "

קריסטין בוהליג, סטודנטית לתואר שלישי

על מנת להבין את נתוני המיקרוסקופיה, הצוות היה זקוק לצינור ניתוח תמונה מותאם אישית. "כדי לענות על הצרכים הספציפיים שלנו, פיתחתי צינור ניתוח תמונות עם פילוח תמונה אוטומטי בסיוע בינה מלאכותית כדי לכמת את זרימת השומנים דרך מערכת האורגן הסלולרי", אומר חואן איגלסיאס-ארטולה, שעשה את ניתוח התמונות.

הובלת שומנים מהירה על ידי חלבונים

על ידי שילוב של ניתוח התמונות עם דוגמנות מתמטית, שנעשה על ידי Björn Drobot ב- HZDR, צוות המחקר גילה כי בין 85% ל- 95% מההובלה של השומנים בין קרומי האברונים של תאים מאורגנת על ידי חלבוני נשא המניעים את השומנים, ולא על ידי שלפוחית. הובלה שאינה מיסרית זו הרבה יותר ספציפית ביחס למינים שומנים בודדים ומיוןם לאברונים השונים בתא. החוקרים מצאו כי הובלת השומנים על ידי חלבונים מהירה פי עשרה מאשר על ידי שלפוחית. תוצאות אלה רומזות כי קומפוזיציות השומנים של ממברנות האורגן נשמרות בעיקר באמצעות הובלת שומנים מהירה, ספציפית למינים, שאינם בקטין.

במערכת ניסויים מקבילה, קבוצת אנדריי שבצ'נקו ב- MPI-CBG השתמשה בספקטרומטריה המונית ברזולוציה גבוהה במיוחד כדי לראות כיצד השומנים השונים משנים את מבנהם במהלך ההובלה מממברנה התא לקרום האורגן.

דחיפה לליפידים בביולוגיה של תאים ומחלות

גישה חדשה זו מספקת את המפה הכמותית הראשונה אי פעם של האופן בו שומנים עוברים דרך התא לאברונים שונים. מהתוצאות עולה כי הובלת שומנים שאינם vecicular יש תפקיד מפתח בשמירה על כל הרכב קרום האורגן.

ALF HONIGMANN, מנהיג קבוצות המחקר ב- BIOTEC אומר, "טכניקת הדמיית השומנים שלנו מאפשרת ניתוח מכניסטי של הובלת שומנים ולתפקד ישירות בתאים, מה שלא היה אפשרי לפני כן. אנו חושבים שהעבודה שלנו פותחת את הדלת לעידן חדש של לימוד התפקיד של השוטרים בתא."

הדמיה של שומנים תאפשר תגליות נוספות ותסייע לחשוף את המנגנונים הבסיסיים במחלות הנגרמות כתוצאה מחוסר איזון בשומנים. הטכניקה החדשה עשויה לסייע בפיתוח יעדים חדשים וגישות טיפוליות למחלות הקשורות בשומנים, כמו מחלות כבד שומניות לא אלכוהוליות.

"ידענו שאנחנו עם משהו גדול"

André Nadler, research group leader at MPI-CBG, looks back at the start of the study, "Imaging lipids in cells has always been one of the most challenging aspects of microscopy. Our project was no different. Alf Honigmann and I started discussing about solving the lipid imaging problem as soon as we got hired in close succession at MPI-CBG in 2014/15 and we quickly decided to go for it. It still took us almost five years from תחילת הפרויקט עד סתיו 2019, כאשר שנינו ייצרו סוף סוף מדגם עם כתם קרום פלזמה יפה. מסקנות היו מוגבלות הרבה יותר. "

החוקרים עדיין צריכים לקבוע אילו חלבוני העברת שומנים מניעים את ההובלה הסלקטיבית של מיני שומנים שונים. הם צריכים גם לזהות את מקורות האנרגיה שמפעילים הובלת שומנים ומבטיחים שכל אורגן שומר על הרכב הממברנה הייחודי שלו.