Разделение клеток: как образуются две независимые дочерние клетки

В последнем номере Science команда под руководством профессора Института биохимии ETH Zurich Даниэля Герлиха представила модель, иллюстрирующую последний шаг деления человеческих клеток — разрыв клеточной мембраны.

Перед делением все ключевые компоненты клетки, включая геном, дублируются. ДНК разделяется между дочерними клетками, перемещаясь по микротрубочкам. Сократительное белковое кольцо формирует борозду деления, что в итоге приводит к образованию тонкого межклеточного канала — последней связи между клетками. Внутри этого канала микротрубочки образуют плотный пучок. Для завершения деления микротрубочки должны быть разобраны, а мембрана — разорвана.

Исследование финального этапа

Изучить этот процесс сложно: диаметр межклеточного канала составляет всего одну тысячную миллиметра, а его разборка занимает 5–10 минут. Учёные использовали метод коррелятивной микроскопии: с помощью светового микроскопа наблюдали живые клетки на поздней стадии деления, а при признаках разборки микротрубочек немедленно фиксировали клетки и исследовали их тонкие срезы под электронным микроскопом.

Было обнаружено, что поверхность межклеточного канала имеет регулярную гофрированную структуру. Трёхмерная электронная микроскопия показала, что эта структура состоит из нитевидных белков (филаментов), которые спирально сжимают канал. Это напоминает действие сократительного кольца на более раннем этапе, что позволило предположить: филаменты могут создавать силу, необходимую для разрыва мембраны.

Недостающее звено

Ранее было известно, что разборку микротрубочек в канале осуществляет фермент спастин. Однако новые данные показали, что активности одного спастина недостаточно для разделения клеток. Учёные предположили, что вновь обнаруженные белковые филаменты могут быть тем недостающим звеном.

Подозрение пало на белковый комплекс ESCRT III — фермент, участвующий в отщеплении мембран, например, при выходе вирусов из заражённой клетки. Исследования подтвердили, что ESCRT III действительно накапливается в межклеточном канале непосредственно перед разделением. При его удалении спиральные филаменты не формировались, и разделение клеток не происходило. Ранее было показано, что ESCRT III способен образовывать длинные белковые цепи, что делает его вероятным кандидатом на роль строительного материала для сократительной структуры.

Новая модель и открытые вопросы

Хотя окончательного доказательства, что филаменты состоят именно из ESCRT III, ещё нет, результаты позволили предложить новую убедительную модель завершения деления: опосредованное ESCRT III сужение межклеточного канала и одновременная разборка внутренних микротрубочек спастином приводят к образованию двух независимых дочерних клеток.

Остаются неясными точный механизм, с помощью которого филаменты сжимают канал и разрывают мембраны. «Мы с энтузиазмом берёмся за решение этих важных вопросов», — говорит Даниэль Герлих.