Биологи выяснили, как биологические часы контролируют деление клеток у бактерий
Биологи раскрыли биохимический механизм, с помощью которого бактерии с такой точностью регулируют время деления клеток. Это ключевой элемент для понимания того, как все организмы — от бактерий до человека — используют свои биологические часы для контроля основных клеточных функций.
Открытие, подробно описанное в выпуске журнала Cell от 19 февраля, даёт важные подсказки о том, как биологические часы бактерий и других «прокариотических» клеток (лишённых ядра) эволюционировали иначе, чем часы «эукариотических» клеток с ядром, к которым относится большая часть других форм жизни — от грибов до растений и животных.
«Главный вопрос в биологии — чем механизм циркадных часов у бактерий отличается от такового у растений, животных и грибов, — сказала Сьюзан Голден, профессор биологии из UC San Diego, руководившая исследованием. — Мы изучили, как биологические часы контролируют время деления бактериальных клеток — у бактерий есть период в четыре часа, когда клеткам не разрешено делиться, — и определили структурные изменения в ключевом белке, который управляет этим действием».
Голден и её коллеги из UCSD, MIT, Университета штата Мичиган и Техасского университета A&M исследовали деление клеток у цианобактерии Synechococcus elongatus. Ранее было установлено, что время деления клеток, паттерны экспрессии генов и компактизация хромосомы у этого организма контролируются циркадными часами. Однако оставалось неизвестным, как именно часы в бактериях управляют клеточным делением.
С помощью микроскопии в режиме замедленной съёмки учёные обнаружили, что часовые белки KaiA, KaiB и KaiC контролируют активность ключевого белка FtsZ, не позволяя ему переместиться в середину клетки и сформировать кольцо, необходимое для деления. Спустя четыре часа часовые белки разрешают FtsZ переместиться к центру клетки и изменить свою структуру, чтобы сформировать это кольцо.
«Этот комплекс белков находится в центре бактериальных часов, контролирующих деление клеток, — сказала Голден. — Существует два цикла — клеточный цикл и циркадный цикл, — которые должны быть согласованы для функционирования организмов. Из этого исследования мы узнали, как взаимодействуют эти два цикла с разными временными периодами, и что механизмы, контролирующие время деления клеток у бактерий, отличаются от таковых у эукариотических клеток».
Голден добавила, что понимание механизмов контроля времени деления клеток и других процессов у организмов от бактерий до человека имеет значение для решения многих проблем со здоровьем, вызванных нарушениями циркадных ритмов.
«Понимание базовых механизмов биологических часов жизненно важно для нашей повседневной жизни, поскольку многие люди страдают от проблем со своим суточным циклом сна, — отметила Голден. — Биологические часы у человека играют центральную роль в том, набираем мы вес или теряем, когда засыпаем и просыпаемся, насколько мы склонны к несчастным случаям и как реагируем на болезни».