Назад
Новый метод выделения внеклеточной жидкости позволяет обнаружить молекулы с терапевтическим потенциалом, которые ранее были скрыты от глаз из-за большого количества белков.
Мышцы - не острова; чтобы гармонично функционировать в организме, они должны взаимодействовать друг с другом и с мозгом. Но определить, какие именно молекулы участвуют в этой коммуникации, оказалось непросто, поскольку их часто вытесняют другие, более многочисленные биомолекулы. Недавно группа ученых придумала более быстрый и простой способ определения этих молекул, говорится в исследовании, опубликованном 20 января в журнале Cell Metabolism. Новый метод может помочь исследователям выяснить, как "разговаривают" мышцы, и найти белки, которые могут быть использованы в лекарственных препаратах.
"Это было сделано удивительно просто", - комментирует Кристофер Ньюгард, молекулярный физиолог Медицинского центра Университета Дьюка, который не принимал участия в исследовании. "По сравнению с другими подходами к этому в прошлом, это кажется почти до невозможности простым".
Брюс Шпигельман, клеточный биолог из Гарвардского института рака Дана-Фарбер и старший автор статьи, более десяти лет работал с коллегами над тем, чтобы понять, какие гормоны выделяют мышцы и жир во время тренировки, и как эти гормоны взаимодействуют с остальным организмом. Но когда он использовал масс-спектрометрию для исследования цельных мышечных и жировых тканей, другие, более доминирующие белки, такие как альбумин (который в изобилии содержится в крови), вытесняли гормоны, которые он искал. Однако Шпигельман знал, что эти гормоны накапливаются во внеклеточной жидкости, окружающей ткани после их секреции, и он решил, что сможет более тщательно изучить гормоны и, возможно, выявить новые, выделив эту внеклеточную жидкость.
Шпигельман наблюдал, как коллеги из Гарварда используют центрифуги на очень медленных скоростях для отделения мелких метаболитов, поэтому он решил попробовать аналогичный метод для выделения молекул из внеклеточной жидкости. Добавив немного мышечной ткани в центрифугу, он начал экспериментировать. Добиться нужной скорости вращения центрифуги оказалось сложнее, чем ожидалось: центрифуга должна была вращаться достаточно быстро, чтобы отделить жидкость, но не настолько быстро, чтобы разорвать мышечную ткань. В конце концов, Шпигельман и остальные члены команды установили центробежную силу, примерно в 600 раз превышающую силу тяжести. При такой скорости они смогли отделить розово-желтоватую жидкость от мышц. Пропустив жидкость через центрифугу еще раз, чтобы удалить как можно больше оставшегося альбумина и иммуноглобулинов, исследователи подвергли полученную жидкость гель-электрофорезу, а затем исследовали ее с помощью масс-спектрометрии. "Компьютерный анализ масс-спектров показал нам, что это не похоже на мышцы и не похоже на кровь", - говорит Шпигельман. "Это было что-то другое, на что мы и надеялись".
Имея в руках предполагаемую внеклеточную жидкость, команда приступила к поиску новых биомолекул. После некоторых поисков они обнаружили гормон, выделяемый мышцами и жиром, который они назвали просапосин. Они обнаружили, что вновь выявленный белок помогает термогенезу у мышей, что может сделать его полезным для сжигания жира и, следовательно, для лечения ожирения. "Тот факт, что мы обнаружили полноценный нейротрофический фактор, вырабатываемый мышцами, я считаю весьма интересным", - говорит Шпигельман. "И мы не могли сделать это по-другому".
В перспективе Шпигельман надеется использовать этот метод для дальнейшего изучения белкового состава мышечных и жировых тканей, что позволит продолжить исследования проблем межклеточной коммуникации, возникающих при нейродегенеративных заболеваниях и раке. Однако Ньюгард предупреждает, что еще предстоит проделать определенную работу. Как отмечается в статье, анализ центрифугированной внеклеточной жидкости выявил несколько белков, которые обычно содержатся в плазме, что может означать, что плазма каким-то образом просачивается в якобы отделенную жидкость. Тем не менее, он надеется, что это исследование может стать подспорьем для других ученых в их будущих исследованиях. "Остаются некоторые вопросы", - говорит он. "Но я бы назвал это очень смелой первой попыткой".
Melanie J. Mittenbühler et al. Выделение внеклеточных жидкостей позволяет обнаружить новые секретируемые биоактивные белки из мышечной и жировой тканей (аннотация).
Белки выделяются клетками для передачи информации соседним клеткам или удаленным тканям. Из-за высокоинтегрированной природы систем энергетического баланса особый интерес вызывают миокины и адипокины. Их изучение с помощью протеомики является сложной задачей, поскольку сыворотка или плазма содержит белки с высокой концентрацией, что ограничивает обнаружение белков с более низкой концентрацией.
Мы показали, что внеклеточная жидкость (ВЖ) из мышечной и жировой тканей мышей отличается по составу белков от сыворотки или тканей. Масс-спектрометрический анализ ВЖ из мышей с физиологическими нарушениями, такими как физическая нагрузка или воздействие холода, позволил количественно определить многие потенциально новые миокины и адипокины. Используя этот подход, мы идентифицировали просапозин как секретируемый продукт мышц и жира. Экспрессия просапозина стимулирует экспрессию термогенных генов и индуцирует митохондриальное дыхание в первичных жировых клетках.
Эти исследования в совокупности иллюстрируют полезность выделения ВЖ в качестве инструмента для обнаружения адипокинов и миокинов.
