پروتئین ها و خرس وحشی چه چیزی مشترک دارند؟ درست مانند برچسب زدن حیوانات وحشی به محققان برای مشاهده و ردیابی رفتار طبیعی آنها، محققان مولکولی از برچسب ها برای ردیابی حرکات دقیق پروتئین ها در سلول ها استفاده می کنند. علیرغم تفاوت در اندازه هدف، چالش یکسان است: چگونه شیء را بدون تغییر رفتار معمول آن برچسب گذاری کنیم.
برای بیش از ده سال، این موضوع تحقیقات در مورد درک دینامیک یک حسگر سلولی کلیدی به نام mTORC1 (هدف پستانداران راپامایسین کمپلکس 1)، یک مجموعه چند پروتئینی را متوقف کرده است.mTORC1 مسئول تنظیم رشد سلول در پاسخ به شرایط مطلوب یا نامطلوب است. در شرایطی که سلول مواد مغذی محدودی را تجربه می‌کند، mTORC1 غیرفعال است که فرآیندهای استفاده مجدد و بازیافت (اتوفاژی) سلول را تحریک می‌کند. وقتی mTORC1 مواد مغذی موجود را تشخیص می‌دهد، مسیر سنتز مناسب را در سلول روشن می‌کند تا از آنها استفاده کامل کند، برای مثال، اگر اسیدهای آمینه (بلوک‌های سازنده پروتئین‌ها) فراوان باشد، mTORC1 باعث سنتز پروتئین می‌شود. تحقیقات قبلی نشان داده است که مهار زیرواحد mTOR این مجموعه باعث افزایش طول عمر می‌شود، و این نشان می‌دهد که mTOR به دلیل نقشش در کنترل گردش و رشد سلولی احتمالاً مهم‌ترین تنظیم‌کننده پیری است.
اکنون، برای اولین بار، محققان در موسسه بابراهام توانسته اند با موفقیت پروتئینی را در این مجموعه علامت گذاری کنند تا حرکت درون سلولی آن را در زمان واقعی مشاهده کنند. کشف نحوه رفتار این مجموعه، تفکر فعلی در مورد فعال‌سازی و سیگنال‌دهی mTORC1 را اصلاح می‌کند و ابزارهای جدیدی برای تشریح نقش mTORC1 در کنترل رشد سلول ارائه می‌کند.این تحقیق امروز در مجله eLife منتشر شده است.
با مهندسی یک شکل فعال و دارای برچسب فلورسنت از mTORC1 و با استفاده از قابلیت‌های تصویربرداری زنده مؤسسه، محققان توانستند دوره زمانی اتفاقی که برای mTORC1 در سلول‌های «گرسنه» به دنبال افزودن اسیدهای آمینه رخ داد را ردیابی کنند. یکی از مواد مغذی اندازه گیری شده توسط mTORC1. mTORC1 بسته به فعال یا غیرفعال بودن مکان های سلولی متفاوتی دارد. با فعال شدن، mTORC1 از سیتوپلاسم سلولی حرکت می کند تا به سطح لیزوزوم ها، کیسه های غشای سلولی که مسئول هضم پروتئین ها و سایر اجزای سلولی هستند، بچسبد. چیزی که معلوم نبود این بود که چقدر سریع این اتفاق افتاد. محققان دریافتند که حرکت mTORC1 به غشای لیزوزوم در عرض دو دقیقه پس از افزودن اسیدهای آمینه به محیط سلولی رخ می‌دهد و mTORC1 پس از حدود سه تا چهار دقیقه دوباره جدا می‌شود.
دکتر نیکلاس کتیستاکیس، رهبر گروه در برنامه تحقیقاتی سیگنالینگ مؤسسه و نویسنده ارشد این مقاله، گفت: «نسخه برچسب‌گذاری شده فعال mTORC1 ابزار جدیدی را فراهم می‌کند که می‌توانیم از آن برای مشاهده دینامیک بلادرنگ mTORC1 استفاده کنیم. و پیچیدگی های سیگنال دهی mTORC1 را بیشتر بررسی کنید.کشف سرعت جابجایی mTORC1 به لیزوزوم‌ها واقعاً شگفت‌انگیز بود و وقتی این را با داده‌هایی که دوره زمانی فعالیت mTOR کیناز را نشان می‌دهند ترکیب می‌کنیم، می‌توانیم ببینیم که این نیاز به بازنگری در مدل‌های موجود ما دارد و سؤالات جدیدی را ایجاد می‌کند."
علاوه بر برچسب زدن mTORC1، محققان از تخصص شیمی بیولوژیکی مؤسسه برای تولید یک اسید آمینه نشاندار شده با فلورسنت (لوسین) استفاده کردند. این اولین معرف فلورسنت است که می تواند mTORC1 را فعال کند و با میکروسکوپ قابل مشاهده است. استفاده از هر دو نشاندار فلورسنت mTORC1 و لوسین امکان مشاهده بی‌درنگ ورود هر دو اسید آمینه به لیزوزوم‌ها و متعاقب آن حرکت mTORC1 در سلول را فراهم کرد.
دکتر ماریا مانیفاوا، محقق ارشد در مؤسسه بابراهام و اولین نویسنده مشترک مقاله، گفت: "با ارائه یک الگوی فعالیت وابسته به زمان mTORC1 در رابطه با محلی سازی پویا آن، متوجه شدیم که جمعیتی وجود دارد. mTORC1 در سلولی که دیگر روی لیزوزوم نیست اما با این وجود فعال است.برای توضیح این موضوع، ما پیشنهاد می‌کنیم که محلی‌سازی mTORC1 در لیزوزوم‌ها به نحوی آن را تغییر می‌دهد تا فعالیت خود را حفظ کند، حتی زمانی که دوباره جدا شود." متیو اسمیت، دانشجوی دکترا در موسسه بابراهام در آن زمان و اولین نویسنده مشترک مقاله، ادامه داد.: «گام‌های بعدی ما شناسایی تأثیر برهم‌کنش mTORC1 با ساختار لیزوزوم است که آن را قادر می‌سازد تا فعالیت خود را پس از جدا شدن حفظ کند. دانستن این موضوع به شما امکان می دهد تصویر کامل تری از مراحل مربوط به سنجش آمینو اسید توسط mTORC1 ارائه دهید."
