Актиновый храповик стягивает сократительное кольцо, отделяющее дочерние клетки от материнских у дрожжей

На завершающей стадии клеточного деления короткоживущее сократительное кольцо стягивает клеточную мембрану и в итоге разделяет клетку надвое. Хотя состав этого «молекулярного мускула» (в основном актин и миозин) схож с составом скелетных мышц, механизм генерации силы принципиально иной, сообщают исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрс в выпуске Developmental Cell от 12 июня 2012 года.

Сочетая традиционные методы визуализации и генетические подходы с новой количественной микроскопической моделью, руководитель исследования Ронг Ли, доктор философии, и её коллеги показали, что основную движущую силу для стягивания актомиозинового кольца, завершающего деление клетки у почкующихся дрожжей, создаёт не скольжение миозиновых моторов (как в скелетных мышцах), а деполимеризация актиновых филаментов в сочетании с актиновыми сшивающими белками, которые действуют как собачки в храповом механизме.

Их исследование открывает новые горизонты в области цитокинеза и даёт новое представление о механизмах сокращения актомиозиновых структур в немышечных клетках, которые играют важную роль не только в делении клеток, но и во многих других процессах, таких как изменение формы клеток, адгезия и подвижность.

В мышечных клетках моторный домен миозина связывает актин и создаёт напряжение через механизм «силового удара», работающий на энергии гидролиза АТФ. Однако у генетически модифицированных почкующихся дрожжей, лишённых моторного домена миозина, наблюдались лишь незначительные дефекты.

Заинтересовавшись теоретической работой, предполагавшей, что сократительная сила может также генерироваться за счёт деполимеризации актина, аспирантка Инеш Мендеш Пинто совместно с математиками и специалистом по микроскопии разработала количественную микроскопическую модель для описания наблюдаемых свойств актомиозинового кольца во время цитокинеза у почкующихся дрожжей.

Теоретическая основа, вдохновившая проект, предполагает постепенное укорочение актиновых филаментов, скреплённых сшивающими белками, которые действуют как собачка храповика, стягивая кольцо «щелчок за щелчком».

Блокируя деполимеризацию актина (процесс укорочения филаментов) с помощью препарата ясплакинолида, исследователи подтвердили важную роль этого процесса в делении дрожжевых клеток. Штамм дрожжей, генетически лишённый кофилина 1 — основного фактора деполимеризации актина у дрожжей, — также подтвердил вклад деполимеризации актина в стягивание кольца.

Модель, построенная «снизу вверх» на основе набора микроскопических элементов и их взаимодействий, позволила проанализировать механизм связи деполимеризации с сокращением.

«Модель подтвердила, что первичная сила, приводящая к цитокинезу у почкующихся дрожжей, возникает в результате деполимеризации актина, — говорит Ли, — в то время как основная роль миозина заключается в облегчении разборки актина». Более того, модель объяснила ещё одно загадочное явление: время, необходимое для завершения деления клетки у данного типа клеток, одинаково независимо от начального размера актомиозинового кольца.