Новый метод позволяет увидеть распределение глюкозы и детализировать структуру энергетического метаболизма в активных клетках

от

Исследователи из Университета Вандербильта и Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые создали метаболическую «карту» высокого разрешения, показывающую, как клетки координируют обработку глюкозы. Это позволило обнаружить скрытый мир, где органеллы и молекулярные комплексы взаимодействуют при ответе на приток питательных веществ.

Исследование опубликовано в Nature Communications

В статье, [опубликованной](https://www.nature.com/articles/s41467-025-60994-w) в журнале Nature Communications, представлено новое видение метаболизма глюкозы на уровне отдельных клеток. Работа предлагает не только новый метод, но и понимание организационной и молекулярной структуры, которую можно использовать для изучения того, как метаболические процессы нарушаются при таких заболеваниях, как диабет, ожирение и рак, а также при старении и нейродегенерации.

Рафаэль Аррохоу-э-Дриго, доцент кафедры молекулярной физиологии и биофизики и автор соответствующей статьи, сказал: «Это новая область — мы находимся в авангарде интеграции нескольких режимов микроскопии в сложные конвейеры для измерения судьбы атомов глюкозы, от целых животных до органелл, и для демонстрации базовой субклеточной архитектуры, связанной с этими процессами в клетках».

Ожидается, что этот прогресс станет основой новой программы, которая использует эти передовые исследовательские стратегии для изучения и лучшего понимания того, как метаболизм питательных веществ организован в высокоструктурированных доменах клеток и тканей. Это позволяет точно регулировать функцию органов в контексте физиологии целого животного.

Преодоление ограничений традиционных методов

До сих пор знания учёных о том, как клетки перерабатывают питательные вещества, такие как глюкоза, были получены с помощью методов массовой метаболомики. Используя метаболомику, исследователи могут анализировать весь набор малых молекул в биологическом образце, таком как ткань, но это делается без учёта специфического пространственного или субклеточного контекста, в котором они находятся.

«Эти массовые стратегии не раскрывают пространственные характеристики клеточного метаболизма на уровне отдельных клеток или того, как эти аспекты связаны с расположением клеток и органелл в сложной структуре ткани, в которой они находятся», — сказал Аррохоу-э-Дриго.

Чтобы преодолеть этот пробел в понимании, междисциплинарная группа из Вандербильта, Медицинского центра Университета Вандербильта и Калифорнийского университета в Сан-Диего объединила отслеживание стабильных изотопов, многоуровневую микроскопию и анализ изображений с помощью искусственного интеллекта для картирования метаболитов глюкозы в масштабах животных, тканей, клеток и органелл.

Вместе они определили пространственную организацию метаболитов глюкозы, от целых животных до клеток печени и даже отдельных митохондрий. Используя инфузии глюкозой с изотопной меткой у живых мышей, исследователи нанесли на карту, как глюкозные атомы включались в гликоген, липидные капли и другие клеточные компоненты с течением времени.

Основные открытия

Среди основных открытий команда обнаружила ранее нераспознанное структурное и функциональное взаимодействие между липидными каплями и синтезом гликогена. Кроме того, исследователи нанесли на карту, как контакты между митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом — двумя ключевыми органеллами, участвующими в производстве энергии и восприятии питательных веществ, — динамически изменяются в ответ на изменения уровня глюкозы в крови.

Эти контакты между митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом являются частью более широкой сети органелл, которая координирует метаболические ответы внутри клетки. Нанося на график временную шкалу этих взаимодействий, исследование предлагает новое понимание того, как органеллы реорганизуются для адаптации к различным метаболическим состояниям, проливая свет на фундаментальные механизмы метаболизма глюкозы и клеточного энергетического баланса.

Это открытие стало возможным благодаря характерной междисциплинарной среде Вандербильта и многомасштабному, мультимодальному подходу в области микроскопии и визуализации, сказал Аррохоу-э-Дриго. Заглядывая в будущее, команда надеется понять, как пространственная организация питательных веществ внутри клеток влияет на метаболическое здоровье и болезни.

Группу Вандербильта возглавляли соавторы исследования Кристофер Акри и Алия Хабаши из лаборатории Аррохоу-э-Дриго. В неё также входили учёные из Центра метаболического фенотипирования мышей Вандербильта, Центра масс-спектрометрии, Департамента клеточной биологии и биологии развития, а также Департамента хирургии Медицинского центра Университета Вандербильта. Исследователи из группы Марка Эллисмана в Национальном центре микроскопии и визуализации в Калифорнийском университете в Сан-Диего завершили сотрудничество.

Предоставлено Университетом Вандербильта

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте

Оставьте комментарий