Новости химической науки > Спектроскопия КР следит за белковым синтезом

Улучшенный метод визуализации помогает исследователям фиксировать, в какой области клетка синтезирует белки, а где разрушает их. Исследователи считают, что новый метод, основанный на спектроскопии комбинационного рассеивания, мог бы использоваться для изучения того, как при когнитивных расстройствах или при формировании долговременной памяти меняется характер белкового обмена.

Чтобы лучше понять, как в мозге происходят процессы усвоения и запоминания информации, неврологи хотят выяснить, какие нервные клетки возбуждаются и какие синапсы активны, когда мозг кодирует новую информацию. Визуализация положения и скорости белкового синтеза является одним из способов обнаружения участков мозга, находящихся в активном состоянии. Обычной практикой визуализации белкового синтеза является внедрение аминокислот, меченных радиоактивными, флуоресцирующими или изотопными метками. Для визуализации меченых аминокислот, которые клетки встраивают в новые белки, можно применять микроскопию или масс-спектроскопию.

Вынужденное комбинационное рассеяние обнаруживает локализованные участки активного белкового синтеза (на рисунке – зеленый цвет) в кусочках живых тканей мозга мыши. Для сравнения, разрушение белка (на рисунке – красный цвет) происходит практически равномерно по всей ткани. Липиды отображены синим цветом и дают информацию о типе ткани. (Рисунок из ACS Chem. Biol. 2015, DOI: 10.1021/cb500787b)

Однако, по мнению Вэй Миня (Wei Min), работающего в Колумбийском университете, существующие методы визуализации позволяют наблюдать только за синтезом белка. Они требуют закрепления клеток или ткани, поэтому исследователи не могут отслеживать происходящие с течением времени изменения в белковом синтезе.

В 2013 году Минь с коллегами разработал метод визуализации синтеза белка в живых клетках. В новой работе исследовательская группа Миня решила использовать разработанный метод в целях отслеживания белкового синтеза в живой ткани.

В соответствии с методом исследователи инкубируют клетки с дейтерированными аминокислотами. Клетки встраивают дейтерированные аминокислоты в синтезируемые белки. Затем исследователи фиксируют меченые аминокислоты, используя спектроскопию вынужденного комбинационного рассеяния (stimulated Raman scattering microscopy). Предложенная методика может детектировать колебания связи углерод-дейтерий в виде характеристичного сигнала.

Для проверки своего метода на живой ткани исследователи вырастили кусочек гиппокампа мозга мыши, содержащего дейтерированные аминокислоты. Исследовательская группа улучшила чувствительность метода за счет повышения количества дейтерированных аминокислот, усвоенных клетками. Такой подход также позволил исследователям повысить скорость, с которой происходит визуализация. Применение Рамановской спектроскопии для рассматривания тканей позволило увидеть области белкового синтеза в отдельных нейронах коры головного мозга, а также в зубчатой фасции гиппокампа, области, отвечающей за формирование памяти.

Минь говорит, что это первое в своем роде измерение параметров белкового синтеза в живой ткани мозга. С помощью других экспериментов исследователи также определили характеристичный сигнал комбинационного рассеяния для связей углерод-водород метильных групп белков, синтезированных до введения в белковый материал дейтерированных аминокислот. Для того чтобы сохранять общее количество белков постоянным, клетки разрушают существующие белки, по мере синтеза новых. Некоторые повреждения, которые оказывают влияние на когнитивную способность, например, такие, как болезнь Хантингтона, заключаются в видоизменении пути разрушения белка.

Исследовательская группа использовала спектроскопию комбинационного рассеяния света для отслеживания сигнала метильной группы в срезах мозга и визуализации областей, где происходило разрушение белков. В отличие от локализованных регионов синтеза белка, области, отвечающие за разрушение белка, относительно равномерно распределены по всему срезу мозга.

Минь с коллегами также визуализировали белковый синтез во всем организме рыб данио. Исследователи впрыскивали дейтерированные аминокислоты в зародыши данио и затем следили за их развитием. Исследователи наблюдали за белковым синтезом в хвостах эмбрионов рыб.

Эрик О. Потма (Eric O. Potma) из Калифорнийского университета в Ирвайне говорит, что наблюдение за тем, как происходит синтез белка в живых существах, является поистине значимым событием. Потма добавляет, что представленная исследователями работа демонстрирует возможность применения нелинейной спектроскопии комбинационного рассеяния для формирования изображений.

Источник: ACS Chem. Biol. 2015, DOI: 10.1021/cb500787b

метки статьи: #аналитическая химия, #биохимия, #молекулярная биология