Механизм сборки клетками «мини-мышц» под ядром
Исследователи из Хельсинкского университета выяснили, как моторный белок миозин, отвечающий за сокращение скелетных мышц, функционирует и в немышечных клетках, формируя сократительные структуры на внутренней стороне клеточной мембраны. Впервые показано, что такие «мини-мышцы», или стресс-фибриллы, могут спонтанно возникать в результате реорганизации миозином существующей сети актиновых филаментов в клетках. Дефекты в сборке этих структур ведут к различным нарушениям, включая прогрессирование рака.
Новое исследование в журнале eLife раскрывает механизм сборки стресс-фибрилл непосредственно на клеточном кортексе — специализированной сети актиновых филаментов под мембраной. Работа групп академика Пекки Ляппяляйнена (Институт биотехнологий HiLIFE) и доцента Сари Тойкандер (Факультет ветеринарной медицины) показывает, что импульсы миозина, ранее связанные с изменением формы эпителиальных тканей, могут служить шаблоном для сборки стресс-фибрилл на кортексе.
В этом процессе немышечный миозин II локально и временно рекрутируется на кортекс, где организует изначально сетчатую актиновую сеть в параллельные стержневидные структуры. Затем эти структуры вовлекают рост и созревание фокальных адгезий на обоих концах актомиозинового пучка, формируя стресс-фибриллу.
«Теперь мы раскрыли совершенно новый механизм формирования стресс-фибрилл и дали объяснение, почему на кортексе возникают "загадочные" импульсы миозина», — комментирует Пекка Ляппяляйнен.
«Интересно, что этот тип генерации стресс-фибрилл был наиболее выражен под ядром — крупнейшей органеллой, хранящей генетическую информацию. Возможно, кортикальные стресс-фибриллы защищают ядро или помогают его движению вместе с клеткой», — добавляет ведущий автор работы доктор Яакко Лехтимяки.
Новые данные расширяют понимание инструментария стресс-фибрилл. Клетки в трёхмерной тканевой среде редко демонстрируют предшественники стресс-фибрилл, типичные для клеток в культуре. Таким образом, сборка, опосредованная импульсами миозина, позволяет формировать сократительные структуры в клетках, мигрирующих в различных средах. Поскольку импульсы миозина наблюдаются во многих типах клеток и тканей, этот механизм может быть универсальным для локального создания силы в немышечных тканях.
Роль белков миозина и актина
Основные компоненты мышц — моторные белки миозина и стержневидные филаменты из белка актина. Скоординированное «скольжение» миозина вдоль актиновых филаментов — ключевой механизм генерации силы для мышечного сокращения. Однако подобное производство силы на основе миозина не ограничено мышцами. «Мини-мышцы» немышечных клеток, стресс-фибриллы, состоят из тех же ключевых игроков (актина и миозина).
В организме скелетные мышцы крепятся к костям через сухожилия, а специальные структуры — фокальные адгезии — соединяют стресс-фибриллы с окружением клетки. Это позволяет стресс-фибриллам воспринимать и передавать силы между клеткой и её средой. Помимо роли главных чувствительных к силе структур, стресс-фибриллы важны для правильной дифференцировки клеток и защиты ядра при миграции в сложной трёхмерной среде. Дефекты их сборки способствуют развитию таких заболеваний, как атеросклероз, нейропатии и прогрессирование рака.