Команда исследовала физические силы, участвующие в создании митотического веретена
Миллионы раз в день в клетках тела формируются веретенообразные структуры — митотические веретена — когда клетки готовятся к делению. Этот процесс рутинный, но загадочный, поскольку микромеханика, лежащая в его основе, ещё недостаточно изучена.
В исследовании, опубликованном 1 октября в Developmental Cell, учёные из Университета Рокфеллера раскрывают новые детали о механических силах, управляющих формированием митотического веретена.
«Мы знаем большинство участвующих белков и хорошо понимаем биологию и генетику процесса. Но мы ещё мало знаем о механической стороне дела, а деление клетки — очень механический процесс», — говорит соавтор Скотт Форт.
Исследователи описали, как белок кинезин-5 действует как молекулярный мотор, помогая организовать митотическое веретено. В конечном счёте, эта работа может иметь медицинское значение, поскольку лучшее понимание деления клеток может привести к новым методам терапии рака, препятствующим размножению опухолевых клеток.
Митотическое веретено включает тысячи микротрубочек — стержневидных структур с поляризованными концами, которые биологи называют «плюс-концами» и «минус-концами». Вокруг центра веретена они в основном находятся в антипараллельной конфигурации (их плюс- и минус-концы направлены в противоположные стороны), а ближе к полюсам преобладает параллельная конфигурация (концы направлены в одну сторону).
Чтобы разделить хромосомы между двумя новыми клетками, само веретено должно иметь биполярную структуру, поэтому микротрубочки должны быть отсортированы и выровнены вдоль длинной оси «полюс-полюс». Эту работу выполняет кинезин-5, который может связывать две перекрывающиеся микротрубочки, направляя их в нужные места.
В этом исследовании учёные детально изучили физические силы, генерируемые этим моторным белком при организации веретена.
Для сортировки кинезин-5 может связывать две антипараллельные микротрубочки, толкая их в противоположных направлениях, так что их минус-концы удаляются от центра веретена к его полюсам. Сила, создаваемая кинезином-5 в этом процессе, ранее не измерялась.
Направляя лазерный луч на микроскопическую пластиковую бусину, прикреплённую к паре микротрубочек, связанных молекулами кинезина-5, команда отследила их активность и обнаружила, что эта сила зависит от длины перекрытия микротрубочек — чем больше перекрытие, тем больше сила. «Это способ, с помощью которого клетка может регулировать количество необходимой силы, чтобы построить сбалансированную структуру веретена», — говорит Форт.
Кинезин-5 также может связывать параллельные микротрубочки, и исследователи обнаружили, что в этом случае он ведёт себя иначе. Вместо создания толкающей силы он генерирует силу сопротивления, которая может замедлять движение микротрубочек. И здесь эта сила также масштабируется с длиной перекрытия между микротрубочками.
«Мы полагаем, что кинезин-5 обладает способностью координировать скорость микротрубочек, не давая им двигаться слишком быстро или слишком медленно», — говорит Форт, сравнивая белок с коробкой передач в автомобиле. «Он помогает координировать и регулировать скорость и расположение микротрубочек в веретене». Многие молекулы кинезина-5, работая вместе, становятся управляющей силой формирования веретена.
«Эта работа представляет собой важный шаг в наших усилиях по сборке динамичного аппарата веретена “с нуля” из очищенных белков. Она также помогает раскрыть, как наноразмерные белки работают вместе, чтобы собрать сложные клеточные структуры, которые в тысячи раз больше их самих», — говорит старший автор Тарун Капур.