Гликокаликс окружает каждую клетку в теле человека, словно плащ. Этот сложный слой сахара играет ключевую роль в развитии многих заболеваний, таких как рак и аутоиммунные заболевания.
Исследователи из Института науки о свете Общества Макса Планка (MPL) впервые смогли получить изображения отдельных сахаров в гликокаликсе с молекулярным разрешением и связать их пространственное расположение с биологической функцией.
Результаты, недавно опубликованные в журнале Nature Nanotechnology, открывают совершенно новые перспективы для понимания этой важной клеточной структуры — с далеко идущими последствиями для диагностики и терапии.
##### Гликокаликс — это «привратник» клетки: всё, что приближается к клетке, сначала взаимодействует с ним. В последние годы гликокаликс всё чаще становится объектом биомедицинских исследований, поскольку он влияет на многочисленные процессы, связанные со здоровьем и болезнями.
Однако до сих пор не удавалось связать его пространственную организацию с биологической функцией, поскольку это происходит в масштабе всего одного нанометра — размер, который невозможно было сделать видимым с помощью предыдущих методов.
Теперь учёные из MPL достигли прорыва, используя специальный метод микроскопии в сочетании с определённой техникой химического мечения — отдельные молекулы сахара можно было визуализировать в гликокаликсе на поверхности клетки.
Для этого исследователи объединили специальный метод локализации микроскопии (Resolution Enhancement by Sequential Imaging, RESI) с биоортогональной химией, в которой метаболизм клетки используется для прикрепления специфических маркеров к целевым структурам. Исследование проводилось совместно между исследовательской группой Леонхарда Мёкля и исследовательской группой Юнгманна в Институте биохимии Общества Макса Планка в Мартинириде.
Высокая точность разрешения в диапазоне одного нанометра позволяет учёным не только подсчитывать сахара и понимать их взаимодействие, но и фиксировать их расположение и взаимодействие в естественной среде клетки. Как карта, это показывает плотность отдельных сахаров в разных местах клетки и то, как это расположение меняется в ходе клеточных событий.
«Этот результат является давней целью для меня», — говорит профессор Леонхард Мёкль, руководитель исследовательской группы Physical Glycosciences в MPL. «Я задумался о том, как понять взаимосвязь между гликокаликсом и клетками ещё во время моей докторской работы. Даже тогда я был убеждён, что это возможно только в том случае, если мы поймём, как организован гликокаликс на молекулярном уровне. Тот факт, что теперь мы можем изобразить организацию отдельных сахаров, — это сбывшаяся мечта».
Результаты позволяют делать функциональные выводы о клеточных процессах, например, о том, как генетические мутации во время развития рака изменяют гликокаликс, и открывают новые возможности для клинического применения в диагностике и терапии.
Предоставлено Институтом науки о свете Общества Макса Планка.