В доме, где живёт клетка, есть четыре комнаты: митохондрии, ядро, цитозоль и плазматическая мембрана. Раньше мы могли видеть только, что где-то зажёгся огонь, но не знали, в какой именно комнате. Теперь у нас четыре окна, и каждое показывает свою часть дома. Огонь в этом доме — перекись водорода, маленькая сигнальная молекула, которая окисляет белки, как ржавчина разъедает железо. Но ржавчина разрушает, а перекись действует тоньше: она на короткое время включает или выключает белки, передавая сигнал.
Чтобы увидеть этот огонь в каждой комнате, учёные встроили в дрозофилу сенсор HyPer7. Этот белок светится по-разному, когда рядом появляется перекись. Сенсор отправляли в нужную комнату с помощью сигнальных последовательностей: COX8 для митохондрий, три копии NLS для ядра, NES для цитозоля и миристоилирование для плазматической мембраны. Так получились четыре линии мух, каждая со своим окном. Сенсор оказался настолько чувствительным, что способен зарегистрировать окисление от одной молекулы перекиси, диффундировавшей в зону реакции.
Проверка на живых тканях дала неожиданные картины. В яичниках митохондрии вспыхивали и гасли за шесть минут после добавления перекиси, показывая работу антиоксидантных систем. В имагинальных дисках крыла, зачатках будущего крыла, ядерный сенсор окислялся в периподиальной мембране, а мембранный сенсор оставался восстановленным вдоль границ, где клетки делятся. В эмбрионах плазматическая мембрана ярко окислялась в желточных гранулах и в лидирующем крае при дорсальном закрытии, когда края эмбриона сходятся, как застёгивается молния. Ядерный сенсор загорался в слюнных железах на стадии 14.
Эти наблюдения показывают, что перекись водорода не просто разливается по клетке, а работает в каждой комнате по-своему. У старых мух в клетках кишки цитозольный сенсор был более окислен, чем у молодых, то есть с возрастом в этой комнате накапливается окислительный стресс. Раньше мы не могли видеть, где именно происходит эта химическая работа, а теперь можем следить за ней в реальном времени. Четыре окна открыты, и огонь в каждой комнате виден отдельно. Это как наблюдать за домом, где в одной комнате готовят ужин, в другой читают книгу, в третьей спят, а в четвёртой горит сигнальная лампа.
Сенсор HyPer7 настолько чувствителен, что способен зарегистрировать окисление от одной молекулы перекиси водорода, диффундировавшей в зону реакции. При этом он восстанавливается тиоредоксиновой системой, то есть фактически показывает не просто наличие перекиси, а баланс между окислением и восстановлением.
Идея видеть невидимые сигнальные молекулы внутри живой клетки перекликается с концепцией «внутреннего зрения» из романа Станислава Лема «Солярис», где океан-разум общается через тонкие химические сигналы. Здесь учёные получают возможность буквально наблюдать химический язык клеток в действии.
Работа опубликована не на arXiv. Здесь её страница, PDF и формализация: проверить можно самим, а не только прочитать наш разбор.