Умный клей для движущихся частей клетки
Исследователи из Института Пауля Шеррера (PSI) и ETH Zurich обнаружили, как белки в клетке могут формировать крошечные жидкие капли, действующие как умный молекулярный клей. Этот клей, обнаруженный на концах филаментов — микротрубочек, обеспечивает правильное позиционирование ядра для деления клетки. Результаты, опубликованные в Nature Cell Biology, объясняют давнюю загадку о том, как соединяются движущиеся белковые структуры клеточного механизма.
Исследуя соединение, критически важное для деления клеток дрожжей, учёные выяснили, что для этого белки объединяются, конденсируясь в жидкую каплю. Работа стала результатом сотрудничества групп Мишеля Штайнмеца (PSI) и Ива Барраля (ETH Zurich).
Микротрубочки: клеточные буксировочные тросы
Исследование сосредоточено на соединении на концах микротрубочек — полых трубок из тубулина, которые действуют как «тросы», транспортируя различные грузы. Во время деления клетки дрожжей микротрубочка должна соединиться через моторный белок с актиновым кабелем, закреплённым в мембране дочерней клетки. Моторный белок движется по актиновому кабелю, втягивая микротрубочку с ядром (содержащим хромосомы) в дочернюю клетку.
«Между микротрубочкой и моторным белком должен быть клей. Без него, если микротрубочка отсоединится, дочерняя клетка останется без генетического материала и погибнет», — объясняет Мишель Штайнмец.
Гибкое соединение от природы
У дрожжей три белка, образующих ядро сети Kar9, располагаются на кончике микротрубочки, чтобы обеспечить это соединение. Учёные обнаружили, что они формируют каплю жидкого клея. Это позволяет белкам удерживаться на кончике микротрубочки даже при добавлении или удалении субъединиц тубулина — подобно капле жидкого клея, которая держится на кончике карандаша.
Чтобы достичь этого жидкого свойства, три белка сети Kar9 взаимодействуют через сеть слабых связей. Если одна связь разрывается, другие остаются, и «клей» в основном сохраняется. Это придаёт гибкость, необходимую для удержания связи микротрубочки с моторным белком даже под натяжением.
Доказательство в эксперименте
В растворе три белка объединялись, образуя чёткие капли, подобно маслу в воде. Чтобы доказать, что это происходит в клетках дрожжей, исследователи изучили влияние мутаций на деление клеток и способность белков отслеживать конец сокращающейся микротрубочки.
«Было довольно просто доказать, что белки взаимодействуют, образуя жидкий конденсат in vitro. Но было огромной задачей предоставить убедительные доказательства, что это происходит in vivo, на что у нас ушло несколько лет», — объясняет Штайнмец.
Не просто клей, а умный клей
Барраль отмечает сложность этого клея: «Это не просто клей, а умный клей, способный интегрировать пространственную информацию, чтобы формироваться только в нужном месте». В сложном клубке идентичных микротрубочек в цитоплазме лишь одна получает каплю, которая позволяет ей прикрепиться к актиновому кабелю.
Исследователи полагают, что жидкое свойство белков играет важную роль в достижении этой специфичности. Они предполагают, что, подобно слиянию мелких капель масла в винегрете, маленькие капли сначала формируются на многих микротрубочках, а затем каким-то образом объединяются в одну большую каплю на единственной микротрубочке. Как именно это достигается, остаётся загадкой и является предметом дальнейших исследований.