Co mají společného proteiny a divocí medvědi? Stejně jako cílem označování divokých zvířat je umožnit výzkumníkům pozorovat a sledovat jejich přirozené chování, molekulární výzkumníci používají značky ke sledování nepatrných pohybů proteinů v buňkách. Navzdory rozdílu ve velikosti cíle zůstává výzva stejná: jak označit objekt, aniž by se změnilo jeho obvyklé chování.
Více než deset let toto číslo brzdí výzkum o pochopení dynamiky klíčového buněčného senzoru zvaného mTORC1 (savčí cíl rapamycinového komplexu 1), multiproteinového komplexu.mTORC1 je zodpovědný za regulaci buněčného růstu v reakci na příznivé nebo nepříznivé podmínky. Za okolností, kdy buňka zažívá omezené živiny, je mTORC1 neaktivní, což stimuluje procesy opětovného použití a recyklace (autofagie) buňky. Když mTORC1 detekuje dostupné živiny, zapne příslušnou cestu syntézy v buňce, aby je plně využila, například pokud je dostatek aminokyselin (stavebních kamenů bílkovin), mTORC1 spustí syntézu bílkovin. Předchozí výzkum zjistil, že inhibice podjednotky mTOR komplexu prodlužuje životnost, což naznačuje, že mTOR je pravděpodobně nejdůležitějším regulátorem stárnutí díky své roli při řízení buněčného obratu a růstu.
Nyní, poprvé, vědci z Babrahamského institutu byli schopni úspěšně označit protein v tomto komplexu, aby mohli pozorovat jeho intracelulární pohyb v reálném čase. Objev, jak se komplex chová, modifikuje současné myšlení o aktivaci a signalizaci mTORC1 a poskytuje nové nástroje k rozebrání role mTORC1 při řízení buněčného růstu. Výzkum je dnes publikován v časopise eLife.
Vytvořením fluorescenčně značené a aktivní formy mTORC1 a využitím schopností Institutu pro živé zobrazování byli vědci schopni sledovat časový průběh toho, co se stalo s mTORC1 v „hladovělých“buňkách po přidání aminokyselin, jedna z živin měřená pomocí mTORC1. mTORC1 má různá umístění v buňce v závislosti na tom, zda je aktivní nebo neaktivní. Při aktivaci se mTORC1 pohybuje z buněčné cytoplazmy, aby se připojil k povrchu lysozomů, vaků buněčných membrán, které jsou zodpovědné za trávení proteinů a dalších buněčných složek. Co se nevědělo, bylo, jak rychle se to stalo. Výzkumníci zjistili, že pohyb mTORC1 na membránu lysozomu nastal během dvou minut po přidání aminokyselin do buněčného média a že mTORC1 se znovu odpojí asi po třech až čtyřech minutách.
Dr Nicholas Ktistakis, vedoucí skupiny ve výzkumném programu Signaling institutu a hlavní autor článku, řekl: „Aktivní tagovaná verze mTORC1 poskytuje významný nový nástroj, který můžeme použít k pozorování dynamiky mTORC1 v reálném čase. a dále zkoumat složitost signalizace mTORC1. Objevení rychlosti přemístění mTORC1 do lysozomů bylo opravdu úžasné, a když to zkombinujeme s daty ukazujícími časové období aktivity mTOR kinázy, vidíme, že to vyžaduje přehodnocení našich stávajících modelů a vyvolává nové otázky."
Kromě značení mTORC1 využili vědci k výrobě fluorescenčně značené aminokyseliny (leucinu) odborné znalosti z biologické chemie institutu. Toto je první fluorescenční činidlo schopné aktivovat mTORC1 a viditelné mikroskopem. Použití fluorescenčně značeného mTORC1 a leucinu umožnilo v reálném čase pozorovat vstup aminokyselin do lysozomů a následný pohyb mTORC1 v buňce.
Dr. Maria Manifava, hlavní výzkumník z Babrahamského institutu a spoluautorka článku, řekla: „Poskytnutím časově závislého vzorce aktivity mTORC1 ve vztahu k jeho dynamické lokalizaci jsme zjistili, že existuje populace mTORC1 v buňce, která již není na lysozomech, ale přesto je aktivní. Abychom to vysvětlili, navrhujeme, aby lokalizace mTORC1 do lysozomů jej nějakým způsobem modifikovala, aby si zachoval svou aktivitu, i když se znovu oddělí." Matthew Smith, v té době doktorand na Babraham Institute a společný první autor článku, pokračoval.: "Naše další kroky jsou identifikace účinku interakce mTORC1 se strukturou lysozomu, která mu umožňuje zachovat si svou aktivitu po oddělení. To vám umožní získat úplnější obrázek o krocích zapojených do snímání aminokyselin pomocí mTORC1."
