Сильные и стабильные силы при делении клеток

Биологи, изучающие механику деления клеток, годами спорили о том, какая сила действует, когда молекулярные "двигатели" клетки выстраивают хромосомы, готовясь переместить их копии к противоположным полюсам через мостоподобную структуру — кинетохору — для образования двух новых клеток. Этот вопрос фундаментален для понимания клеточного деления.

Правильное разделение хромосом — это ключевой этап точного деления клетки. Ошибки в этом процессе приводят к анеуплоидии — основной причине выкидышей, хромосомных аномалий и фактору, связанному с раком.

Используя два разных силовых сенсора для измерения противоположно направленных сил внутри делящихся клеток Drosophila, исследователи установили, что кинетохорные волокна создают силу в сотни пиконьютонов, направленную к полюсам клетки. Это разрешает многолетние споры, в которых оценки силы различались на порядки, иногда в тысячу раз.

В ходе трёхлетних экспериментов, давших более 3200 точек данных, было проанализировано множество отдельных кинетохор. Полученные данные указывают на очень высокую силу. В наномасштабном мире молекулярных моторов измеренные силы очень велики. Если многие моторы подобны спринтерам, то измеренная сила сравнима с работой бульдозера — высокой, но медленной и стабильной.

В нормальном делении хромосомы выстраиваются у центра клетки, где веретено деления помогает их разделить. Кинетохора, подобно тросам моста, поддерживает необходимое натяжение, взаимодействуя с микротрубочками веретена. Когда клетка готова делиться, молекулярные двигатели растаскивают копии хромосом. Микротрубочки также активно участвуют в процессе.

Для измерений в кинетохоры были встроены два флуоресцентных сенсора. Один сенсор уменьшал свечение под действием силы, другой — увеличивал. Поскольку сенсоры были предварительно откалиброваны, изменения интенсивности свечения соответствовали определённой величине силы. Оба метода дали согласованные результаты.

Полученные данные позволяют предположить, что основную измеренную силу создают не молекулярные моторы (подобные автомобилям на шоссе), а сами "дороги" — микротрубочки. Именно они способны производить такую сильную, но небыструю тягу.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Работа поддержана Университетом Массачусетса в Амхерсте, March of Dimes Foundation, Charles H. Hood Foundation и NIH National Institute of General Medical Sciences. Часть данных получена в Центре световой микроскопии и Центре передового опыта Nikon в Институте прикладных наук о жизни.