Ключевой компонент деления клетки стал видимым
Деление клетки надвое требует сборки митотического веретена — чрезвычайно сложной структуры, которая является результатом скоординированного действия множества белков и тонкого баланса их активностей. Большая часть времени, необходимого клетке для деления, уходит на сборку митотического веретена, которое внешне напоминает клубок нитей в форме мяча для регби. Наиболее распространёнными компонентами веретена являются микротрубочки.
«Пометив концы тысяч этих тонких нитей, которые незаменимы, чрезвычайно динамичны и изменчивы, мы наконец смогли проследить их распределение и движение во время сборки митотического веретена», — объясняет Йенс Людерс, клеточный биолог из Института биомедицинских исследований (IRB Barcelona). Прорыв был опубликован в онлайн-версии журнала Nature Cell Biology.
«Более 10 лет мы могли отслеживать только растущие концы микротрубочек, но не точки их начала. В результате нам не хватало важной информации для понимания динамической архитектуры митотического веретена и его вклада в деление клетки», — говорит Людерс. Исследованием руководил немецкий учёный, возглавляющий группу организации микротрубочек в IRB Barcelona. В работе всего два автора — он сам и французский исследователь Николя Леклан, первый автор, защитивший докторскую диссертацию в IRB Barcelona по стипендии "la Caixa".
Учёные продемонстрировали, что белок γ-тубулин локализуется в точках начала нитей микротрубочек и относительно стабильно связан с этими структурами. Используя версию γ-тубулина с флуоресцентной меткой, активируемой лазерным светом, исследователи смогли проследить движение точек начала микротрубочек внутри митотических веретён, снимая на видео делящиеся человеческие клетки. Ключевую роль в настройке необходимой технологии сыграла Усовершенствованная установка цифровой микроскопии (Advanced Digital Microscopy Facility), совместная структура IRB Barcelona и Барселонского научного парка под руководством физика IRB Жюльена Коломбелли. «Успех этого исследования — также результат технического ноу-хау и доступных передовых технологий, без которых мы никогда не смогли бы взяться за этот проект», — подчёркивает Людерс.
Исследователи впервые описывают, где внутри митотического веретена формируется большинство микротрубочек, как они развиваются и как их точки начала транспортируются — с помощью трёх моторных белков — к противоположным полюсам веретена, где они закрепляются. Одновременно с этим противоположные концы нитей удлиняются по направлению к центру клетки, где взаимодействуют с хромосомами. Когда веретено окончательно собрано, микротрубочки растягивают хромосомы к противоположным полюсам и инициируют физическое деление клетки. «Теперь у нас есть более полное понимание того, как веретено собирается и функционирует, и мы можем использовать наш новый маркер для проверки старых и новых гипотез о лежащих в основе механизмах», — говорит учёный.
Новый инструмент для изучения рака
Кроме того, это открытие прокладывает путь к лучшему пониманию механизма действия препаратов, ингибирующих микротрубочки и используемых в химиотерапии. Такие препараты препятствуют работе митотического веретена, предотвращая деление клеток и мешая росту опухоли.
Несмотря на многолетний клинический успех этих методов лечения рака, мало что известно о том, как они нарушают архитектуру и функцию веретена. Хотя эти препараты высокоэффективны, они не обладают желаемой специфичностью, так как также влияют на здоровые делящиеся клетки. Кроме того, они воздействуют на неделящиеся клетки, такие как нейроны, где микротрубочки также выполняют важные функции. «Лучшее понимание различий в организации веретена между раковыми и здоровыми клетками и того, как они реагируют на препараты, нацеленные на микротрубочки, необходимо для оптимизации лечения, например, путём выявления более специфичных препаратов или новых мишеней. Этот инструмент может быть полезен для достижения этих целей», — заявляет исследователь.