Некоторым клеткам нужна «стрижка» перед делением
Многие клетки нашего организма снабжены похожей на волосок «антенной» — первичной ресничкой, которая передает информацию о внешней среде. Ученые обнаружили, что появление и исчезновение этих ресничек синхронизировано с процессом клеточного деления (митозом). Биологи из Университета Джонса Хопкинса открыли новые детали этой связи: разборка ресничек начинается с драматического «отсечения» их кончиков — процесса, который исследователи назвали декапитацией.
Это открытие важно для понимания того, как клетки принимают решение вступить в митоз — процесс, критичный для развития организмов, поддержания тканей и образования рака. Работа также может пролить свет на болезни, связанные с дисфункцией ресничек, такие как поликистоз почек и некоторые формы умственной отсталости.
«Декапитация ресничек наблюдалась и раньше, но никогда не изучалась. Теперь мы знаем, что это нормальный процесс, а не артефакт экспериментальных условий. И мы определили молекулярных игроков, которые им управляют», — говорит руководитель исследования Таканари Иноуэ.
Как происходит «стрижка»
Исследователи начали с изучения фермента Inpp5e, который, как показывали предыдущие работы, влияет на стабильность ресничек. Наблюдая за ресничками в покоящихся (кваiesцентных) клетках эмбрионов мыши, команда зафиксировала, что кончики ресничек отсекаются и уплывают примерно раз в несколько часов.
- Скорость декапитации была выше в клетках, лишенных гена Inpp5e, и при подаче сигналов, стимулирующих митоз.
- Если же фермент Inpp5e искусственно удерживали в ресничке, процесс декапитации сильно замедлялся.
Это говорит о том, что присутствие Inpp5e в ресничке тормозит «стрижку», а митотические сигналы вытесняют фермент, чтобы её запустить.
Молекулярный механизм
Функция Inpp5e — удалять из мембраны реснички жироподобную молекулу PIP2. Эксперименты показали, что концентрация PIP2 в ресничке, особенно у кончика, синхронизирована с процессом:
- После получения митотического сигнала PIP2 накапливается на кончиках ресничек.
- Отсечение происходит именно в месте этого накопления.
Поскольку PIP2 играет ключевую роль в образовании нитевидных структур из белка актина, ученые проверили их формирование. В ресничках с избытком PIP2 (из-за отсутствия Inpp5e) образование актиновых «проводов» увеличивалось в десять раз. Эти структуры формировались точно в месте будущей декапитации за несколько минут до неё.
«Мы считаем, что образование этих проводов фактически обеспечивает силу, которая отсекает ресничку», — поясняет Иноуэ.
Последствия «стрижки»
Эксперименты по блокировке образования актиновых проводов внутри ресничек показали, что они необходимы для декапитации, а сама декапитация требуется для полной разборки реснички.
Анализ времени событий выявил, что в нормальных клетках декапитация обычно происходит, пока клетка еще находится в состоянии покоя (до перехода в митоз). Клетки, чьи реснички не могли «постричься», переходили от покоя к делению медленнее.
«Каким-то образом декапитация запускает сокращение реснички; они сжимаются сильнее, чем просто отрезанная часть. И в то же время это, похоже, сигнализирует клетке, что пора выходить из состояния покоя и начинать деление», — говорит Иноуэ.
Анализ содержимого отсеченных кончиков (проведенный в collaboration с японскими коллегами) показал, что в них в основном содержатся молекулы, важные для клеточной сигнализации и роста ресничек. Это означает, что декапитация регулирует состав и функцию реснички.
Клиническое значение
Исследователи предполагают, что отсеченные кончики ресничек могут иметь клиническое значение. Например, в моче пациентов с поликистозом почек находят мембранные пузырьки — возможно, это и есть кончики ресничек, которые могут играть роль в развитии болезни.
«Нарушение сенсорных функций ресничек связано с некоторыми видами рака, например, кожи и мозга. Новая связь между декапитацией ресничек и митозом может помочь нам понять, как дефекты первичных ресничек влияют на аномальные клеточные деления, лежащие в основе образования рака», — добавляет Сью Ченг Фуа, ведущий автор статьи.
Результаты исследования опубликованы 12 января в журнале Cell.