Как клетки организуют себя: новое понимание от грибов

Исследователи из Университета Эксетера получили новое представление о том, как клетки самоорганизуются. Их работа, финансируемая Советом по биотехнологическим и биологическим исследованиям (BBSRC) и опубликованная на этой неделе в Nature Communications, впервые с помощью междисциплинарного подхода показала, что случайное распределение органелл является следствием энергозависимой активности в клетках гриба и млекопитающих.

Органеллы — это функциональные единицы клетки. Подобно «органам» в теле, они выполняют специализированные функции, обеспечивающие выживание клетки.

Энергия, затрачиваемая на их распределение, обеспечивается АТФ — универсальным «топливом» для молекулярных моторов, которые транспортируют свой «груз» вдоль волокон цитоскелета. Авторы показывают, что, подобно грузовикам на шоссе, моторы перемещают определённый «товар». Этот «направленный транспорт» увлекает за собой другие органеллы, но также создаёт турбулентность, усиливающую случайное движение органелл. Оба механизма необходимы для перемешивания содержимого клетки и обеспечения взаимодействия между органеллами, что важно для выживания клетки. Исследование выполнено междисциплинарной группой под руководством профессора Геро Штейнберга (бионауки) в сотрудничестве с доктором Конгпином Лином и профессором Питером Эшвином (математика).

Ведущий автор, профессор Геро Штейнберг, заведующий кафедрой клеточной биологии и директор Центра биоимиджинга Университета Эксетера, сказал: «Многие ранее предполагали, что органеллы распределены случайно, потому что так они выглядят. Наше исследование выявило новый фундаментальный принцип организации клеток — они используют энергию для создания этого кажущегося случайным, равномерного распределения. Это позволяет органеллам взаимодействовать друг с другом по всей клетке. Интересно, что кластеризация органелл наблюдается при некоторых заболеваниях человека, например, при синдроме Цельвегера. Таким образом, понимание механизма распределения органелл может иметь более широкое значение для медицинских исследований».

Профессор Ник Талбот, заместитель вице-канцлера по исследованиям и влиянию Университета Эксетера, назвал эту работу отличным примером совместной работы дисциплин для расширения знаний. Он сказал: «Это прекрасная работа, представляющая одни из лучших в мире исследований визуализации живых клеток в сочетании с математическим моделированием и молекулярной генетикой. Исследование также иллюстрирует подход к изучению живых клеток как интегрированных биологических систем, который мы стремимся реализовать в нашем новом Институте живых систем, открывающемся в сентябре».

Статья «Active diffusion and microtubule-based transport oppose myosin forces to position organelles in cells» опубликована в Nature Communications 2 июня.