Управление движением на расстоянии в клеточных сетях
Исследователи из LMU показали, что движения, вызываемые моторными белками, могут распространяться через сети белковых филаментов в клетке, такие как цитоскелет.
Ключевой механизм реорганизации цитоскелета
Цитоскелет, состоящий из сетей белковых филаментов и моторных белков, постоянно реорганизуется, что важно для изменения формы клетки и её движения. Типичный пример — митотическое веретено, разделяющее хромосомы при делении клетки. Однако механизм коллективной динамики в таких сетях до конца не ясен.
Новая теоретическая модель
Физик Эрвин Фрей и его команда создали упрощённую модель, включающую микротрубочки и моторные белки. Микротрубочки — поляризованные цилиндрические филаменты с определёнными плюс- и минус-концами. Моторные белки могут связываться с двумя соседними протофиламентами и «шагать» по ним к плюс-концу.
- Ключевое взаимодействие: Эксперименты показали, что моторные белки могут связывать соседние микротрубочки в антипараллельной ориентации (плюс-концы направлены в противоположные стороны), заставляя их скользить друг относительно друга. Параллельные конфигурации остаются статичными.
Неожиданное открытие и его объяснение
Интуитивно можно ожидать, что в областях с большим количеством антипараллельных конфигураций средняя скорость движения филаментов будет выше. Однако эксперименты с митотическими веретенами и in vitro показали, что это не так.
Новая модель выявила механизм, объясняющий это:
«Мы обнаружили, что механические силы, создаваемые моторными белками, распространяются через всю сеть. Поскольку практически все филаменты связаны между собой моторами, те из них, которые не соединены антипараллельно, всё равно вовлекаются в движение других», — объясняет Мориц Штрибель, соавтор исследования.
Дальность распространения движения
Дальность, на которую могут распространяться эти силы в сети, определяется соотношением двух параметров:
- Вязкое сопротивление цитозоля (тормозящая сила).
- Силы, генерируемые моторными белками.
Оценка этих параметров для митотического веретена показала, что характерная длина распространения движений составляет порядка нескольких длин филамента, что сравнимо с размером самого веретена.
Вывод: Работа даёт новое понимание теории активных филаментных сетей, что необходимо для лучшего понимания функционирования цитоскелета.