Ученые подсчитали, что наш мозг состоит от десяти до ста миллиардов нервных клеток. Чтобы как можно дольше выполнять свои задачи, эти клетки должны постоянно контролировать свои внутренние белки в отношении качества и функциональности. В противном случае белки могут слипнуться и парализовать или даже убить клетки.
Как только клетка распознает дефектный белок, он помечается для деградации, и своего рода молекулярный измельчитель, так называемая протеасома, измельчает его на части, которые в конечном итоге перерабатываются.
Впервые исследователям удалось визуализировать этот процесс в неповрежденных нервных клетках, которые раньше можно было исследовать только в пробирке. Электронная крио-томография была необходима для получения описанных изображений.
Таким образом, элементы охлаждаются до минус 170 ° C за доли секунды. На следующем шаге снимки внутренней части ячеек делаются под разными углами, которые затем с помощью вычислений объединяются в трехмерное изображение.
«Впервые в неповрежденных клетках»
В текущем исследовании использование конкретных технических инноваций позволило исследователям достичь беспрецедентного качества изображения, что позволило им различать отдельные протеасомы в клетке. «Впервые стало возможным качественно и количественно описать этот важный ферментный комплекс в интактных клетках», — классифицирует результаты Асано. В следующих экспериментах ученые сосредоточились на активности протеасом. Для интерпретации единичных частиц важно знать, что существуют шапеподобные структуры, так называемые регуляторные частицы, прикрепленные к концам протеасом (см.
Рисунок). Они связывают белки, которые должны разлагаться, и тем самым меняют свою форму. Ученые смогли различить эти состояния и, следовательно, определить, сколько протеасом активно разлагало белки.
Новые перспективы на будущее
Вывод исследователей: в покоящихся нервных клетках, подобных тем, которые использовались в реальных экспериментах, активна лишь меньшая часть протеасом. В деталях, результаты показали, что только каждая четвертая протеасома активно расщепляла белки, в то время как остальные одновременно бездействовали.
В будущем ученые хотят заняться структурными изменениями протеасом при клеточном стрессе, как это происходит при нейродегенеративных заболеваниях. «Это исследование показывает новые возможности для полного разрешения белковых комплексов в клетке и изучения их взаимных функциональных зависимостей», — Вольфганг Баумейстер определяет повестку дня на будущее.