Как немышечные клетки находят силы для движения

Исследователи из Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура впервые описали упорядоченное расположение филаментов миозина-II в актиновых кабелях немышечных клеток. Работа была опубликована в Nature Cell Biology в январе 2017 года.

Упорядоченное расположение филаментов миозина-II в немышечных клетках

Сокращения мышечных клеток хорошо известны. Их можно обнаружить уже через несколько недель после зачатия, когда начинает биться эмбриональное сердце. Сократимость мышечных клеток возникает в результате взаимодействия белковых кабелей цитоскелета с малыми молекулярными моторными белками — миозинами.

В человеческом теле более 200 типов клеток, и не все из них должны постоянно сокращаться. Несмотря на различные функции, почти все клетки содержат те же основные белковые компоненты, что и мышечные клетки. Важно, что большинство клеток также демонстрируют некоторую степень медленной сократимости. Примером являются фибробласты. Эти клетки, находящиеся в соединительной ткани, производят материал, окружающий все клетки и определяющий форму ткани. Ключевой момент: фибробласты также способны ремоделировать этот материал, и для этого им нужна сила, чтобы тянуть против своего окружения.

Чтобы исследовать организацию цитоскелета и связанных с ним моторных белков в немышечных клетках, исследователи из MBI проанализировали фибробласты с помощью метода сверхразрешающей микроскопии — структурированной освещающей микроскопии (SIM).

Исследователи под руководством профессора Александра Бершадского и доцента Ронена Зайдель-Бара сосредоточились на сборке цитоскелета. Помимо структурной поддержки клетки, цитоскелет также может буферизовать стрессы из внешней микросреды и давать клеткам силу для сокращения и движения через ткань. Эти процессы возможны благодаря постоянной сборке и разборке белковых кабелей, а также генерации силы, когда моторные белки тянут эти кабели.

При наблюдении за цитоскелетом в живых фибробластах доктор Шицюн Ху и коллеги обнаружили уникальные, организованные паттерны филаментов моторных белков внутри крупных кабельных структур, известных как стресс-фибриллы. Эти кабели формируются динамически и часто соединяют участки, где клетки взаимодействуют с микросредой.

Как канаты, эти кабели состоят из множества отдельных филаментов, скрепленных различными сшивающими белками. Наблюдая за формированием цитоскелета во времени, исследователи увидели, как филаменты миозина-II выстраиваются в стопки, расположенные перпендикулярно крупным параллельным стресс-фибриллам. Эти стопки чередовались с областями сшивающего белка α-актинина, который связывает отдельные филаменты вместе, образуя белковый кабель.

Как именно филаменты миозина-II собираются в стопки внутри пучков стресс-фибрилл, еще предстоит полностью выяснить. Однако одно наблюдение из этого исследования может дать ответ: это дальнее движение филаментов миозина-II навстречу друг другу. Как предполагают исследователи, это притяжение может быть результатом сократительных или упругих сил, генерируемых стопками филаментов миозина, которые могут передаваться через окружающий цитозоль к отдельным, в остальном изолированным филаментам.

Складывание филаментов миозина-II в стопки в немышечных клетках, таких как фибробласт, — интригующий элемент самоорганизации цитоскелета и общей архитектуры клетки. Функция фибробластов требует, чтобы клетка могла растягиваться, формировать выступы цитоскелета и перемещаться в другие области соединительной ткани. Сборка и организация миозина-II в стопки позволяет фибробласту выполнять эти клеточные процессы.

Даже в немышечных клетках архитектура цитоскелета специализирована для генерации и восприятия силы. Организация цитоскелета в немышечных клетках поразительно похожа на таковую в мышечных клетках. В обоих случаях сократительные и упругие силы играют ключевую роль в формировании функционального цитоскелета, и после его формирования становится очевидным паттерн повторяющихся белковых сократительных единиц. Однако, в отличие от мышечных клеток, эти структуры в немышечных клетках постоянно собираются и разбираются, позволяя им адаптировать свою функцию, форму и направление движения в соответствии с окружающей средой.

Как показало это исследование, даже немышечные клетки нуждаются в силе, чтобы тянуть против своего окружения и пробиваться через часто вязкую среду. Эта сила исходит от высокоорганизованной системы филаментов и моторных белков. Хотя они и не такие сильные, как в мышечных клетках, их организация в немышечных клетках позволяет им оставаться чувствительными к изменениям в окружающей среде, обеспечивая при этом ровно ту силу, которая необходима для выполнения их функций.