Механизм, управляемый силой, для установки клеточной полярности
Исследователи из Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура и их коллеги обнаружили новый механизм установки клеточной полярности, основанный на кластеризации белков, индуцированной силой натяжения. Работа опубликована в Nature Cell Biology в августе 2017 года.
Кортикальные силы индуцируют кластеризацию белков для поляризации клетки
Почти все клетки асимметричны по составу — это ключевая характеристика, известная как клеточная полярность. Она необходима для правильного деления, движения клеток и формирования тканей.
Исследования часто проводят на эмбрионе нематоды C. elegans. На стадии одной клетки эмбрион делится по передне-задней оси, образуя две разные по размеру дочерние клетки. Эту ось устанавливает сегрегация PAR-белков (partition defective), которые находятся в клеточном кортексе — динамичном слое белковых филаментов под мембраной.
До поляризации PAR-белки распределены по кортексу свободно. Во время поляризации кортекс сокращается, и разные PAR-белки накапливаются на переднем или заднем конце клетки, нарушая симметрию. Однако механизм, с помощью которого сокращение транспортирует и разделяет PAR-белки, оставался неясным.
Роль силы натяжения
Группа под руководством доцента Фумио Мотеги наблюдала за движением меченных флуоресцентным белком PAR-комплексов в живых эмбрионах C. elegans во время поляризации. Они обнаружили, что в начале поляризации определенные PAR-белки собираются в кластеры, которые растут по мере прогрессирования процесса. Когда сокращение кортекса прекращалось, кластеры распадались, а белки распределялись градиентом вдоль оси.
Исследователи не увидели прямой связи между сократительными волокнами и PAR-белками, что навело на мысль об опосредованном эффекте. Нарушая или усиливая актомиозиновый кортекс, они выяснили, что ключевой силой, управляющей кластеризацией PAR-белков, является кортикальное натяжение, возникающее при сокращении.
Новая модель
Ученые предложили новую модель:
- Сокращение актомиозинового кортекса увеличивает кортикальное натяжение.
- Это натяжение заставляет PAR-белки собираться в крупные, медленно движущиеся кластеры.
- Кластеры захватываются общим потоком кортекса и сегрегируют к одному концу клетки, устанавливая полярность.
- Эти сегрегированные кластеры служат каркасом для локального накопления других белков, необходимых для формирования передне-задней оси тела.
Этот механизм — элегантный пример того, как клетки используют внутренние силы для точной организации своих компонентов. Сило-управляемый механизм позволяет клетке устанавливать полярность без затрат энергии на активный транспорт белков против градиента концентрации.
Предполагается, что похожие механизмы используются для нарушения симметрии и у других организмов, включая человека. Новые знания могут помочь понять, почему клеточная полярность нарушается при таких заболеваниях, как муковисцидоз и рак.