Американські вчені навчили клітини людської нирки виробляти білок кальмара. Це додало клітинам нові властивості: тепер вони здатні за сигналом (роль якого відіграє сольовий розчин) з безбарвних ставати непрозорими. Це новий метод прижиттєвого фарбування клітин, який може прийти на зміну традиційним флуоресцентним білкам. А заодно з його допомогою ми можемо більше дізнатися про те, якими ще механізмами користуються кальмари для залякування або маскування. Роботу опубліковано в журналі.
Хоча людина в цілому непрозора, більшість наших клітин самі по собі не пофарбовані. І для роботи з клітинними культурами або органоїдами (мікроскопічними аналогами органів) це проблема: щоб розрізнити типи клітин, доводиться змушувати їх експортувати якісь чужорідні білки або обробляти барвниками. На жаль, більшість методів фарбування вбивають клітку, а для багатьох завдань корисно бачити, як клітини розподілені по живій і працюючій культурі або органу.
Група дослідників під керівництвом Алона Городецького (Alon Gorodetsky) з Каліфорнійського університету вирішила запозичити механізм фарбування у самки кальмара. Крім того, що вона вміє змінювати колір шкіри в широкому діапазоні, вона несе на своєму тілі прозору смужку, яка в разі небезпеки стає білою і відлякує противника.
Як працює цей механізм, строго кажучи, досі невідомо. Але відомо, що відповідає за нього шар клітин-лейкофорів, який розташований між поверхневим шаром шкіри і м'язами. Ці клітини заповнені органелами-лейкосомами, всередині яких упаковані білки рефлектини. Лейкофори реагують на різні стимули - в тому числі, на зміну концентрації солей і введення нейромедіатора ацетилхоліну. При цьому рефлектини змінюють свою структуру і починають відображати більше світла, а клітина і слідом за нею вся смужка на тілі кальмара стає непрозорою.
Як тестову культуру клітин Городецький і колеги вибрали клітини людської нирки, оскільки вони добре експресують чужорідні білки. У них вбудували вектор, що містить ген білка рефлектину А1. Незважаючи на те, що у кальмара рефлектин знаходиться в спеціальних органелах, він схильний до самозбірки. Тому і в людських клітинах через добу після трансфекції автори роботи виявили характерні гранули - скупчення рефлектину. Ця властивість - збиратися в комки - виявилася унікальною для цього типу білків: коли ті ж клітини змусили виробляти червоний флуоресцентий білок, він розподілився рівномірно по всій клітці.
Потім автори роботи поспостерігали за клітинами за допомогою фазово-контрастної мікроскопії (вона показує, як змінюється фаза світла, відображеного від предмета) і виявили, що експресія рефлектину не проходить безслідно. У такий мікроскоп клітини, які встигли зробити рефлектин, виглядають більш контрастними на тлі субстрату. І особливо добре в них помітні окремі гранули - судячи з усього, скупчення рефлектину. Це означає, що клітини почали по-іншому відбивати світло після придбання нового білка.
Після того, як дослідники охарактеризували нові оптичні властивості клітин, вони спробували змінити їх колір за допомогою стимулу. У його ролі виступила сіль. Її концентрацію в розчині вчені підвищили майже вдвічі, і після цього клітини з прозорих перетворилися на білі. Іншими словами, гранули рефлектину перебудувалися так, що клітини стали менше світла пропускати крізь себе, а більше - відбивати і розсіювати.
У нового методу є чимало потенційних застосувань. По-перше, керуючи зміною кольору клітин, можна розглядати розташування конкретних клітинних типів у культурі або органоїдах, а можливо, вдасться і всередині живих хімерних організмів. По-друге, автори роботи помітили, що рефлектини мігрують по клітці, часто збираючись біля мембрани. Це означає, що з їх допомогою можна пофарбовувати позаклітинні структури - наприклад, мембранні бульбашки (екзосоми), які останнім часом активно досліджують і які складно розгледіти. Нарешті, вбудовування чужорідних білків у людські клітини може допомогти нам розібратися в тому, як саме влаштовано зміну забарвлення у кальмарів, тому що справжні лейкофори дуже непросто виростити в культурі.
Раніше вченим доводилося йти на несподівані хитрощі, щоб зробити тканини тварин прозорими - наприклад, ми писали про те, як дослідники імплантували прозору кістку в череп мишей, щоб спостерігати за роботою їх мозку. Також ми розповідали про те, як вчені зварили прозору деревину. А про те, як ще можна домогтися прозорості (причому не тільки в оптичному діапазоні) читайте в нашому матеріалі «Анатомія шапки-невидимки».