Hvordan forskere analyserer cellemembraner

Udveksling af materiale og information på niveau med individuelle celler kræver transport og signalering på niveau med plasmamembranen, der omslutter cellen. At studere mekanismer i så små dimensioner stiller forskere over for enorme udfordringer. For nylig, forskere ønskede at bestemme funktionen og fordelingen af ​​kolesterol, en vigtig bestanddel af membranen. Indtil nu, kolesterol kan kun mærkes i meget begrænset omfang med fluorescerende farvestoffer, som kan visualiseres under mikroskopet uden at beskadige membranen. Forskere ved universitetet i Münster (Tyskland) har nu udviklet en metode til at omgå disse vanskeligheder. De syntetiserede en ny forbindelse med egenskaber, der ligner dem for kolesterol, men som kan mærkes med farvestoffer og visualiseres i levende celler. der, forbindelsen efterligner realistisk adfærden af ​​naturligt kolesterol.

"Vores nye tilgang tilbyder et enormt potentiale for billeddannelse af membrandynamik i levende celler, " siger prof. Volker Gerke, en af ​​lederne af undersøgelsen. Arbejdet er resultatet af en tværfaglig undersøgelse med deltagelse af organiske kemikere, biokemikere og biofysikere. Undersøgelsen vises i det aktuelle nummer af tidsskriftet Cellekemisk biologi .

Celler i kroppen er indesluttet i en slags beskyttende konvolut, plasmamembranen, som adskiller cellen fra dens omgivelser. Celler indeholder også indre membraner, der adskiller de enkelte komponenter fra hinanden og regulerer bevægelsen af ​​stoffer mellem de forskellige indre rum. kolesterol, et fedtlignende stof, er en vigtig komponent i membraner, der sikrer, at de fungerer korrekt.

For at danne stoffer, der opfører sig på samme måde som naturligt kolesterol, de organiske kemikere ledet af prof. Frank Glorius syntetiserede først en række kemiske forbindelser. Som udgangsstof, de brugte naturligt kolesterol, som blev omdannet til et bestemt organisk salt, et imidazoliumsalt. "Vi vidste allerede fra tidligere undersøgelser, at disse salte interagerer godt med biomolekyler og derfor er velegnede til cellulære eksperimenter, " siger Frank Glorius, som også ledede undersøgelsen.

For at sammenligne de nysyntetiserede forbindelsers biofysiske egenskaber med det naturlige kolesterol, forskerne inkorporerede stofferne i syntetiske modelmembraner bestående af fosfolipider (disse fosfolipider udgør hovedbestanddelen af ​​membraner). Biokemikere og biofysikere i gruppen af ​​Prof. Dr. Hans-Joachim Galla målte, hvordan de nye stoffer påvirkede faseovergangstemperaturen for modelmembraner, og hvordan de ændrede fluiditeten i fosfolipidlaget ved forskellige temperaturer. "Efter at have evalueret dataene, vi slog os endelig fast på tre forbindelser, der udviste meget lignende egenskaber som naturligt kolesterol, " siger Lena Rakers, en ph.d. studerende i organisk kemi og en af ​​de to første forfattere til undersøgelsen.

Forskerne udvalgte disse forbindelser for at undersøge dem i levende cellemembraner, og derved studere dem i endnu mere komplekse strukturer. Til dette formål, de brugte kulturer af humane epitelceller - HeLa-celler - såvel som celler fra menneskelige blodkar, HUVEC-celler. På grund af deres struktur, de nysyntetiserede stoffer passede godt ind i cellemembranerne. Ved hjælp af overflademassespektrometri, forskerne målte molekylerne i membranen og kunne vise, at forbindelserne opførte sig meget på samme måde som naturligt kolesterol i levende celler, også.

På grund af sin struktur, et af de nye stoffer kunne mærkes med fluorescerende farvestoffer. Til denne ende, forskerne knyttet en azidgruppe til stoffet. De knyttede derefter farvestofferne til denne azidgruppe ved hjælp af klikkemi - en effektiv metode, der gør det muligt at forbinde molekylære komponenter på basis af nogle få kemiske reaktioner. Endelig, biokemikerne visualiserede stoffet i levende celler ved hjælp af højopløsningskonfokalmikroskopi. På denne måde de var i stand til at observere dens fordeling og dynamiske ændringer. "Disse analyser viste også, at den nye forbindelse opførte sig analogt med cellulært kolesterol, " siger David Grill, en ph.d. studerende i biokemi og den anden førsteforfatter af undersøgelsen. En stor fordel ved den nye metode er, at under hele processen, komponenterne og egenskaberne af cellemembranen forblev ubeskadigede.

I fremtiden, forskerne vil fortsætte med at udvikle deres metode og teste de nye stoffer i yderligere cellulære undersøgelser ved hjælp af mikroskopiske billeddannelsesmetoder. Et af deres mål er at bruge klikkemi til at vedhæfte fluorescerende farvestoffer og andre molekyler til de nye forbindelser for at indføre selektive ændringer i membranen.