UNSW-forskare med ARC Center of Excellence in Advanced Molecular Imaging har byggt en sensor för att mäta membranladdningen hos våra T-celler.

T-celler är "hjärnan" i vårt immunsystem, så att förstå hur de känner av och svarar på antigen är extremt viktigt.

Hittills har vi inte vetat hur antigenbindning till T-cellsreceptorn utlöser ett intracellulärt aktiveringssvar, eller varför receptorn inte signalerar när den inte är bunden till antigener.

Elektrostatiska interaktioner mellan proteiner (receptorn) och membranet spelar här en nyckelroll.

Nu, det finns ett verktyg för att mäta elektrostatiska membraninteraktioner i celler.

Yuanqing (Alex) Ma, en doktorand vid UNSW Scientia Professor och Imaging Center of Excellence, biträdande direktör Katharina Gaus, var huvudförfattare på en tidning i Naturens bioteknik .

Alex och teamet designade och byggde en Förster resonance energy transfer (FRET) sensor.

Alex sa att membranladdningssensorn mäter den elektriska potentialen vid den inre broschyren av cellplasmamembranet - en annan membranegenskap än den transmembranpotential som ofta är känd inom neurovetenskap.

"Vi har gjort ett väldigt coolt verktyg med hjälp av lite fiffig vetenskap som låter oss mäta och se hur T-celler fungerar, " han sa.

"Vår FRET-sensor kan mäta små laddningar i levande celler. Och detta låter oss veta hur membranmiljön påverkar T-cellsreceptorn och varför den signalerar eller inte.

Idén med sensordesignen var faktiskt ganska enkel, men att få idén till handling var inte direkt, sa Alex.

"Det var mycket trial and error i att bygga sensorn och sedan ännu mer när vi började testa sensorn, " han sa.

"När vi hade testat sensorn utanför cellen, vi var tvungna att testa det inne i cellen – vilket också var ganska knepigt. Det finns så många oförutsägbara faktorer som inträffar inom en cell som ofta komplicerar vår tolkning av resultaten. Som ett resultat, flera kontroller gjordes för att motivera resultatet, vilket var tufft."

Ett annat verktyg som teamet utvecklade nyligen är en sensor som ändrar färg när T-cellsreceptorn blir klustrad, redovisas i tidskriften Naturkommunikation .

Denna sensor fungerar också i levande celler. Nu kan UNSW-forskare övervaka membranmiljön med laddningssensorn, och dynamiken hos receptorn med klustringssensorn.

"Dessa sensorer ger oss möjligheten att kartlägga membranladdningar och receptordynamik i en cell över tid, vilket har ökat vår förmåga att förstå den biologiska funktionen av membranladdning i olika cellaktiviteter, " sa Alex.

"Det här var svårt förut på grund av brist på verktyg."

En av de saker som sensorerna har hjälpt forskarna att förstå är hur membranlipidmiljön påverkar strukturen hos T-cellsreceptorn under ett immunologiskt svar.

Professor Gaus sa att de nu kan följa hur T-cellsaktivering regleras.

"Innan detta arbete kunde vi bara gissa varför receptorn inte signalerar i vilande celler, " Hon sa.

"Dessa sensorer var en tour de force av Alex – det var inte lätt, till exempel, för att ställa in sensorn till det område inom vilket membranladdningar slår på och av receptorn.

"Vi har det allra första direkta beviset på att elektrostatiska interaktioner reglerar T-cellsreceptorsignalering."

Teamet kommer att använda de verktyg som gjorts i labbet vid UNSW för att bättre förstå hur T-cellssignalering börjar och regleras.

"Vi ser fram emot att sätta dem i arbete och upptäcka hur vårt immunsystem utlöser nedströmssvar, " sa professor Gaus.