Структурные компоненты цилиндрических клеток могут помочь в борьбе с раком, болезнями Альцгеймера и Паркинсона
Исследователи изучают, как функционируют компоненты клеточной структуры, чтобы найти способы использовать их для борьбы с такими заболеваниями, как рак, болезни Хантингтона, Альцгеймера и Паркинсона.
Цзяньхуа Син, доцент биологии из Виргинского политехнического института, и его коллеги провели вычислительные исследования, чтобы сравнить механические свойства двух альтернативных моделей сборки похожих на канаты полимеров — микротрубочек, компонента клеточного цитоскелета. Цель — понять, как регулируются микротрубочки и как они собираются и разбираются.
«Мы хотим понять структуру и регуляцию микротрубочек, потому что они не статичны; они постоянно движутся, транспортируя вещества в клетке», — сказал Син. — «Но существуют расхождения между двумя моделями работы микротрубочек, которые также противоречат экспериментам».
Наиболее принятая модель сборки микротрубочек предполагает, что отдельные субъединицы — димеры белка тубулина — просто соединяются, образуя цилиндр. Однако другая модель указывает, что димеры тубулина сначала формируют открытую листовую структуру, которая позже замыкается в цилиндр. Вычислительное исследование моделей, проведённое командой Сина, показало, что вторую модель следует серьёзно рассматривать для дальнейшего тестирования.
Отчёт о работе Син, Эвы Ногалес и Чжанхань У опубликован в июньском номере Biophysical Journal под названием «Сравнительные исследования механики микротрубочек с двумя конкурирующими моделями предполагают функциональные роли альтернативных латеральных взаимодействий тубулина».
Ногалес, структурный биолог и исследователь Медицинского института Говарда Хьюза в Калифорнийском университете в Беркли, сыграла ключевую роль в разработке последней модели. Она отметила, что динамическая нестабильность микротрубочек — важнейшее свойство для их функции в клетках, и хотя о них много известно, учёные до сих пор не понимают, что управляет процессами их сборки и разборки.
«Наша статья в Biophysical Journal — шаг вперёд для области, демонстрирующий, что определённые аспекты биофизического поведения микротрубочек, ранее исследованные экспериментально, могут быть лучше объяснены новой моделью сборки, предполагающей два различных типа латеральных взаимодействий тубулин-тубулин».
Понимание этих взаимодействий и регуляции повлияет на то, как микротрубочки можно использовать для разработки лекарств, способных более точно воздействовать на клетки при различных заболеваниях.
«Если природа использует два взаимодействия, при которых часть микротрубочки уплощается, это может показать нам функцию и регуляцию этих структур», — сказал Син.
Исследователи предложили провести дополнительные эксперименты на обеих моделях, чтобы точнее определить функцию и регуляцию микротрубочек. В статье они заявляют: «Мы считаем, что понимание свойств листовой связи имеет потенциал для разработки новых препаратов на основе тубулина, которые регулируют динамику микротрубочек, уникальным образом воздействуя на этот интерфейс тубулина».
У, ведущий автор статьи, на момент исследования был докторантом в лаборатории Сина. Сейчас он является постдокторантом в Национальных институтах здоровья (NIH). Команда из Виргинского политехнического института получила поддержку от Thomas F. & Kate Miller Jeffress Memorial Trust и Национального научного фонда (NSF). Ногалес поддерживается Национальным институтом общих медицинских наук (NIGMS) и Медицинским институтом Говарда Хьюза.