O tehnică bazată pe lumină dezvăluie modele coordonate de proteine în celulele vii
Toate organismele vii sunt formate din celule, iar mecanismele moleculare din interiorul acestora sunt esențiale pentru supraviețuire.
Diferitele biomolecule, inclusiv ARN-ul, proteinele și altele, au roluri specializate și îndeplinesc o gamă variată de funcții. Proteinele susțin stările de viață prin obținerea și metabolizarea nutrienților din mediu, sintetizând molecule noi pentru creștere și diviziune și transmițând informații pentru a reacționa la mediu. Având în vedere importanța lor, cercetătorii încearcă să caracterizeze modul în care abundențele proteinelor se schimbă în diferite condiții și cum aceste abundențe sunt coordonate în celule.
„Pentru a explora abundența proteinelor în celule, tehnica cunoscută sub numele de proteomică este adesea utilizată pentru a crea un set de date numit profil proteomic. Cu toate acestea, abordarea standard necesită extragerea proteinelor pentru a le cuantifica, ceea ce este distrugător și implică multe etape laborioase. Dar am găsit o cale mai bună”, a declarat profesorul Yuichi Wakamoto de la Departamentul de Științe Fundamentale al Universității din Tokyo. „Am demonstrat că profilele proteomice celulare pot fi inferate într-un mod nedistrugător, expunând pur și simplu celulele la lumină și analizând spectrele Raman, un tip de lumină dispersată de celule care transmite profilele lor moleculare.”
După această descoperire, Wakamoto, împreună cu cercetătorul proiect Ken-ichiro F. Kamei și echipa sa, a dorit să înțeleagă de ce este posibil să se prezică compoziția proteică a unei celule din măsurătorile sau spectrele de lumină Raman. Aceștia au constatat că raporturile de abundență ale multor proteine sunt coordonate la nivel global în diverse condiții. A apărut un model cu un nucleu mare de proteine ale căror raporturi de abundență rămân consistente și susțin funcțiile celulare de bază. Grupuri mai mici de proteine tind să varieze mai mult în funcție de schimbările de mediu, iar aceasta este ceea ce ajută o celulă să se adapteze. Această structură ierarhică explică modul în care celulele pot rămâne stabile, în timp ce răspund flexibil la condiții noi, iar acest studiu demonstrează că spectroscopia Raman poate fi un instrument puternic pentru explorarea complexului mecanism celular.
„Cea mai mare provocare pentru noi a fost conectarea și unificarea celor două domenii de studiu îndepărtate, optica, în acest caz spectroscopia Raman, și omica, sau proteomul, care s-au dezvoltat independent. Multe măsurători, analize de date și analize matematice au fost necesare pentru a ne convinge că corespondența dintre spectrele Raman celulare și profilele omice este reală și are o bază solidă”, a spus Kamei. „Este posibil ca, prin aplicarea metodei noastre, să putem prezice schimbările timpurii în stările celulare asociate cu boli și fundamentele moleculare care determină astfel de schimbări. De asemenea, este important să aprofundăm modul în care acest model de raporturi proteice, pe care îl numim conservarea stoichiometriei, apare. Este evident în tipuri de celule dincolo de E. coli, inclusiv în celulele umane, așa că este intrigant și probabil important.”
