Ny analytisk teknik hjælper forskere med at se subtile forskelle i subcellulær kemi

Forskere ved University of Illinois Urbana-Champaign kan nu hurtigt isolere og kemisk karakterisere individuelle organeller i celler. Den nye teknik tester grænserne for analytisk kemi og afslører hurtigt den kemiske sammensætning af organeller, der styrer biologisk vækst, udvikling og sygdom.

Resultaterne af den nye undersøgelse, ledet af kemiprofessor Jonathan Sweedler, er publiceret i tidsskriftet Naturens metoder .

Den nye tilgang lokaliserer og isolerer individuelle organeller ved hjælp af lysmikroskopi, analyserer dem derefter kemisk via MALDI MS, eller matrix-assisteret laser desorption/ionisering massespektrometri. Hele processen tager en time - en opgave, der kan tage menneskelige analytikere år at fuldføre.

"Celler er ikke bare små sække fulde af kemikalier, " sagde Sweedler. "De indeholder organeller, der udfører specifikke funktioner. Evnen til at karakterisere den kemiske sammensætning af individuelle organeller bør føre til en bedre forståelse af, hvordan celler udvikler og udtrykker sygdomme."

Forskerne sagde, at de ikke er de første til at karakterisere organeller kemisk. Men at bruge deres automatiserede målretning og kemiske analysetilgang er hurtigere og mere præcis, og sikrer, at de analyserer præcis, hvad de har til hensigt. Denne måde, de kan bestemme den kemiske sammensætning af en enkelt organel - ikke den gennemsnitlige sammensætning af en større prøve, der indeholder mange organeller.

Til denne undersøgelse, holdet fokuserede på cellens vesikler – både tæt-kerne og gennemsigtige varianter – indsamlet fra søsnegle, som er en almindeligt brugt neurovidenskabsstudiemodel. Vesikler blev udvalgt som organel af interesse, fordi de er involveret i kemisk celle-til-celle-signalering. Forskerne sagde, at de også er større end mange af de andre organeller, hvilket gør dem til fremragende førstekandidater til at demonstrere den nye tilgangs evner.

"Vi analyserede ca. 1, 000 individuelle vesikler fra søsnegle, " sagde kemiprofessor Stanislav Rubakhin. "Vi fandt heterogenitet mellem typerne af lipider og biologisk aktive peptider, hvilket indikerer, at MALDI MS er følsom nok til at opdage kemiske forskelle mellem, hvad man troede var de samme typer organeller."

Fordi sygdom ofte opdages, når heterogene celler optræder i en enkelt vævstype, Rubakhin sagde, evnen til at skelne disse forskelle på subcellulært niveau kunne føre til tidligere påvisning og behandling.

"Vores nye arbejdsgang kan hjælpe det videnskabelige samfund med at fuldføre 'styklisten' over de organeller, der findes i celler, " sagde kandidatstuderende Daniel Castro. "At have den stykliste vil hjælpe os med at afgøre, om der mangler noget eller ekstra i organellerne, hjælper os med at opdage subtile ændringer og studere, hvordan disse ændringer korrelerer med sygdomme som kræft og dem, der er relateret til hjernen og mental sundhed."