Борьба за симметрию в сердце клетки

Симметрия и асимметрия — фундаментальные свойства природы. Это справедливо и для основных единиц жизни — клеток. Они контролируют симметрию своих внутренних структур для регуляции всех биологических функций.

В статье, опубликованной в Nature Communications, команда из Hakubi Center for Advanced Research Киотского университета представила искусственную клетку, которая проливает свет на динамику, управляющую внутренней симметрией клетки.

Учёные обнаружили, что актомиозиновый сетчатый комплекс — состоящий в основном из белка актина, формирующего филаментную сеть, и генерирующего силу молекулярного мотора миозина — самоорганизуется в две различные структуры, которые толкают и тянут внутриклеточные компоненты, как в перетягивании каната.

Предыдущие исследования показали, что структурная масса клетки — актиновый цитоскелет — участвует в симметричном позиционировании. Высказывалась гипотеза, что эта сеть направляет и позиционирует внутриклеточные компоненты. Однако механизмы того, как белки находят «центр» клетки или как они индуцируют нарушение симметрии, оставались неясными.

«Для изучения этих процессов традиционно используются живые клетки, — объясняет руководитель исследования Макито Миядзаки. — Но клетка настолько сложна, что может скрывать лежащую в основе регуляторную систему».

Чтобы преодолеть эту трудность, команда выбрала подход «снизу вверх», создав упрощённую искусственную клетку, заключив актиновый цитоскелет в крошечную каплю жидкости. Это позволило им контролировать размеры и концентрации любых интересующих белков.

Изменяя размер клетки, команда обнаружила два сосуществующих актомиозиновых сети с противоположными функциями: кольцеобразную центростремительную актомиозиновую сеть, которая толкает к центру, и радиально сформированные объёмные актомиозиновые мосты, которые тянут к краям.

Эксперименты с молекулярными возмущениями и теоретическое моделирование дополнительно показали, что именно баланс между этими двумя сетями определяет симметрию позиционирования.

«То, как клетки организуют свои внутренние структуры, — важный вопрос, на который мы должны ответить, чтобы понять, как наши тела строятся из одной оплодотворённой клетки», — заключает Миядзаки.

Упростив клеточную систему, команда полагает, что создала универсально применимую модель, которая может привести к дальнейшим открытиям относительно самых фундаментальных функций жизни.