Исследователи обнаружили, что клеточный кортекс активируется тысячами короткоживущих белковых конденсатов

Клеточный кортекс — тонкая сеть волосовидных актиновых филаментов под мембраной — критически важен для деления, движения и формы клеток, особенно во время эмбрионального развития. Международная команда из Института молекулярной биологии и генетики им. Макса Планка (MPI-CBG), Института физики сложных систем им. Макса Планка (MPI-PKS) и кластера «Физика жизни» (PoL) в Дрездене изучила формирование этого динамичного кортекса у круглого червя Caenorhabditis elegans.

Учёные обнаружили, что активация первичного кортекса в момент перехода неоплодотворённой яйцеклетки в эмбрион после оплодотворения контролируется тысячами динамичных, короткоживущих капель-конденсатов из актиновых филаментов. Формирование кортекса занимает около десяти минут.

Конденсаты живут секунды и обеспечивают правильное развитие

Исследователи наблюдали, как актин и актин-нуклеирующие белки WSP-1 и ARP2/3 собираются в конденсаты, существующие лишь секунды, после чего распадаются. Эти структуры, состоящие из высокоразветвлённых актиновых филаментов, обеспечивают правильное количество и соединение филаментов.

Для изучения этих процессов был разработан специальный метод визуализации и анализа изображений — масс-балансная микроскопия (mass balance imaging). Он позволил отследить, как растёт и эволюционирует структура короткоживущих конденсатов.

Было установлено, что внутренние химические реакции контролируют скорость роста конденсата и момент его распада. Таким образом, кортикальные конденсаты автономно организуют свой жизненный цикл, почти независимо от внешней среды.

Арджун Нараянан, один из ведущих авторов, отмечает: «Красота этих структур, похожих на снежинки, заключается в том, что их динамика учит нас нетрадиционной химии живой материи».

Стефан Грилль, руководитель исследования, заключает: «Конденсаты в клеточном кортексе представляют собой новый тип биомолекулярных конденсатов, которые собираются и разбираются за секунды благодаря специфическим химическим реакциям. Мы полагаем, что именно эти короткоживущие конденсаты контролируют активацию кортекса и точность его архитектуры после оплодотворения».

Исследование, опубликованное в журнале Nature, является примером успешного междисциплинарного подхода на стыке физики и биологии для понимания принципов организации внутриклеточных структур.