Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть жизненно важные интерфейсы между внешними слоями их тела и окружающей средой. Известно, что замысловатые микроскопические структуры, например, на внешних слоях кожи человека, собираются в матриксы.

Но как эти сложные структуры, известные как апикальные внеклеточные матриксы (aECMs), собираются в тщательно сплетенные архитектуры, оставалось неуловимым вопросом.

Теперь, после нескольких лет исследований и с помощью технологически продвинутого инструмента, ученые Калифорнийского университета в Сан-Диего разгадали основы таких матриксов у крошечной нематоды. Круглый червь Caenorhabditis elegans широко изучается уже несколько десятилетий благодаря своей прозрачной структуре, которая позволяет исследователям заглядывать внутрь его тела и изучать его кожу.

Опубликовав статью в журнале Nature Communications, исследователи Школы биологических наук расшифровали сборку узоров AECM в круглых червях на наноуровне. Мощный микроскоп со сверхразрешением помог обнаружить ранее невидимые узоры, связанные с колоннами, известными как распорки, которые являются ключом к правильному развитию и функционированию aECM.

Струны похожи на крошечные столбики, которые соединяют различные слои матрикса и служат своеобразными строительными лесами, — говорит Эндрю Чисхолм, профессор Школы биологических наук и старший автор работы.

Хотя круглые черви служат модельным организмом для лабораторных исследований благодаря своему простому, прозрачному телу, под поверхностью они имеют сложную архитектуру. Кроме того, они имеют около 20 000 генов, что не сравнится с количеством генов человека, и поэтому позволяют изучать структуру и функции более совершенных организмов.

Сфокусировавшись на экзоскелете круглых червей, известном как кутикула, исследователи обнаружили, что дефекты в распорках приводят к неестественному разбуханию слоя, или «волдырям». Внутри кутикулярного слоя исследование сосредоточилось на коллагенах, которые являются наиболее многочисленным семейством белков в нашем организме и помогают удерживать телесные материалы в соединенном состоянии.

Коллагены удерживают вместе важнейшие слои, — говорит Чисхолм.

Без них слои расходятся и вызывают такие заболевания, как волдыри. У мутантов с волдырями вы не увидите никаких распорок.

Обычные лабораторные приборы раньше делали снимки струн без детализации, что часто приводило к появлению неопределенных пятен. Но благодаря лаборатории доцента биологических наук Андреаса Эрнста они получили доступ к передовому оборудованию, известному как 3D-структурированная микроскопия со сверхразрешением (3D-SIM), которое позволило сфокусировать струны и более точно определить их функции. Затем исследователи смогли разгадать наноразмерную организацию стоек и ранее не документированные уровни узорчатости в кутикулярном слое.

Мы могли точно видеть, куда эти белки попадают в матриксе, — заключает Чисхолм.

Потенциально это парадигма того, как матрикс собирается в очень сложные структуры и очень замысловатые узоры.

24.12.2023