Архитектура клетки: общие принципы

Форма клетки определяет её функцию. Растительные клетки содержат динамический цитоскелет, который отвечает за направление роста, развития, движения и деления клетки. Со временем изменения в цитоскелете формируют форму и поведение клеток и, в конечном итоге, структуру и функцию всего организма. Новое исследование под руководством Дэвида Эрхардта из Института Карнеги сосредоточено на том, как один конкретный организационный белок влияет на структуру цитоскелета и клеток у растений. Эти выводы также могут иметь значение для организации цитоскелета у животных. Работа опубликована в Current Biology.

Цитоскелет клетки включает микротрубочки, состоящие из белка тубулина, собранного в длинные трубчатые полимеры. Тубулин и тубулин-подобные белки высоко консервативны в эволюции и встречаются у некоторых бактерий, грибов, высших растений и животных. Они играют критическую роль в росте и делении клеток этих организмов.

Работа команды Эрхардта — в которую входят Анкит Валия (ведущий автор), Масаёси Накамура и Дорианн Мосс — фокусируется на участии микротрубочек в росте растительных клеток после деления и обнаруживает новую роль для белка, ранее известного как ключевой для деления клеток у млекопитающих.

Роль микротрубочек в делении животных клеток хорошо изучена. Клетки делятся в процессе митоза, состоящего из ряда фаз, во время которых дублированные копии хромосом разделяются на две отдельные клетки. Каркас из микротрубочек имеет решающее значение для расхождения хромосом и направления их в новые дочерние клетки.

Однако существует важное различие в делении клеток с участием микротрубочек у растений и животных. В клетках животных (а также дрожжей) микротрубочки, разделяющие хромосомы, обычно организованы вокруг центральной структуры. Массивы микротрубочек, обеспечивающие деление растительных клеток, лишены таких центральных хабов (хотя иногда в животных клетках также встречаются массивы микротрубочек, не формирующиеся вокруг центра).

То, как микротрубочки правильно позиционируются для выполнения своей функции без помощи центральной организующей структуры, изучено плохо и является фокусом текущего исследования Эрхардта.

«Количественные исследования на живых клетках, которые мы помогли внедрить в работе с растительными клетками, позволили нам визуализировать молекулярные механизмы, лежащие в основе организации микротрубочек, лишённых центральной хабо-структуры», — сказал Эрхардт.

Они обнаружили, что белок под названием GCP-WD, играющий ключевую роль в центральной структуре организации микротрубочек у млекопитающих, также важен и у растений. Он необходим для позиционирования формирования отдельных микротрубочек в растительных клетках, а также важен для организации и функции цитоскелета растительных клеток в целом, выходя за рамки только процесса деления.

Таким образом, GCP-WD является ключевым фактором, определяющим форму и функцию растительных клеток, влияя на их архитектуру.

«Помимо новых данных об организации микротрубочек в растительных клетках, эти наблюдения за функцией GCP-WD будут интересны учёным, изучающим микротрубочки у животных, где наблюдать GCP-WD в действии было сложно», — добавил Эрхардт.