I processi cellulari sulle membrane sono spesso rapidi e di breve durata. Le molecole si assemblano brevemente, separarsi di nuovo, interagiscono con diversi partner e si muovono lungo o attraverso la membrana. È quindi importante non solo studiare le istantanee statiche di questi processi, ma anche per comprenderne le dinamiche. Ma come si può ottenere questo con metodo? Petra Schwille del Max Planck Institute of Biochemistry e Nikolas Hundt della Ludwig Maximilians University insieme al loro team hanno sviluppato il metodo Mass-Sensitive Particle Tracking—MSPT, che permette di analizzare proteine ​​durante processi dinamici sulle membrane.

Il punto di partenza per i biofisici sono stati i recenti progressi nella fotometria di massa, che potrebbe già essere utilizzato per determinare la massa molecolare di molecole non etichettate in soluzione. La novità di MSPT è che la dinamica delle proteine ​​associate alla membrana può ora essere tracciata nel loro ambiente biologicamente plausibile. In questo processo, le singole proteine ​​sono identificate dalla loro massa molecolare senza bisogno di etichettatura. Frederik Steiert, uno dei primi autori della pubblicazione, dice:"Ora possiamo tracciare direttamente sulle membrane biologiche quale massa hanno le singole proteine, come si muovono e come interagiscono. Questo ci permette di studiare la dinamica dei sistemi biologici in modo più dettagliato." L'analisi dei processi dinamici è particolarmente importante in biologia poiché molti processi alla membrana sono transitori.

Determinazione della massa mediante diffusione della luce

Su quali principi si basa il nuovo metodo? Quando la luce colpisce una particella, la luce è dispersa. L'intensità della luce diffusa dipende dalla massa della particella. I video in cui le singole proteine ​​sulle membrane sono rese direttamente visibili vengono registrati con un microscopio. Con l'ausilio di software di analisi, queste proteine ​​possono essere tracciate e il loro segnale di dispersione, e quindi la loro massa, può essere determinato. Ciò è attualmente possibile per proteine ​​con un peso molecolare di almeno 50 kDa, cioè per gran parte di tutte le proteine ​​conosciute. Un altro vantaggio del nuovo metodo MSPT è che le proteine ​​non devono essere etichettate. L'etichettatura può essere ottenuta, Per esempio, attaccando tag fluorescenti alle molecole. Però, l'etichettatura comporta il rischio che le proteine ​​possano essere compromesse nella loro funzione o che le etichette fluorescenti possano sbiancare durante l'esperimento. Utilizzando MSPT, in contrasto, si evitano i problemi metodologici che possono derivare dall'etichettatura.

Sistema proteico MinDE

Per dimostrare il potenziale del metodo per le questioni biologiche, i biofisici hanno utilizzato un sistema consolidato del laboratorio Schwille:il sistema proteico MinDE del batterio Escherichia coli (E. coli). Le proteine ​​MinD e MinE sono coinvolte nella divisione cellulare di E. coli. Tamara Heermann, un altro primo autore, afferma:"Il metodo ci permette di caratterizzare proprietà di sistemi dinamici che in precedenza non erano misurabili. Questo ci ha permesso non solo di verificare risultati accertati sul sistema Min, ma anche per acquisire nuove conoscenze." Utilizzando MSPT, il team è stato in grado di dimostrare che i complessi delle proteine ​​MinD sono più grandi di quanto inizialmente pensato. Inoltre, gli esperimenti forniscono le prime intuizioni che MinE può fungere da elemento di collegamento per le proteine ​​MinD e che può quindi avviare il rilascio di membrana di complessi più grandi.

Come riportato nel nuovo documento in Metodi della natura , MSPT fornisce preziose informazioni per chiarire i processi dinamici nelle membrane biologiche. Però, i ricercatori lavorano continuamente per migliorare ulteriormente il metodo. Nel futuro, il metodo dovrebbe essere applicabile anche alle proteine ​​integrali di membrana e dovrebbe consentire la rilevazione di proteine ​​ancora più piccole.