Неожиданный молекулярный переключатель: липиды помогают контролировать развитие клеточной полярности
Клетки имеют «перед» и «зад», и их структуры ориентированы согласно этой полярности. Команда Ронг Ли из Stowers Institute for Medical Research обнаружила новый ключевой механизм установления полярности у дрожжей, описанный в Nature Cell Biology.
Основной механизм полярности
- Ключевой регулятор — молекула Cdc42 в клеточной мембране.
- В неполяризованной клетке Cdc42 распределена случайно.
- При активации Cdc42 стимулирует образование микрофиламентов, которые направляют свободные молекулы Cdc42 к уже существующим в мембране.
- Это создает область с высокой концентрацией Cdc42 — место будущего почкования.
Роль «рециклинга» Cdc42
- Молекула Rdi1 извлекает Cdc42 из мембраны, после чего она возвращается обратно.
- Скорость этого «рециклинга» определяет размер области скопления Cdc42 и, следовательно, форму почки.
- В 2009 году команда показала, что процесс рециклинга может быть быстрым или медленным.
Неожиданный переключатель скорости
Поиск генов, влияющих на скорость рециклинга, выявил неожиданный регулятор — ген липидной флиппазы. Этот фермент «переворачивает» фосфолипиды с внешнего на внутренний слой мембраны.
Как это работает:
- У Cdc42 есть участок с положительным зарядом, который, как липучка, удерживает молекулу у отрицательно заряженной мембраны.
- Чтобы Rdi1 извлек якорь Cdc42, эту «липучку» нужно ослабить.
- Флиппаза перемещает нейтральный фосфолипид внутрь мембраны, снижая её отрицательный заряд.
- Это позволяет якорю Cdc42 легче выскользнуть, ускоряя рециклинг.
Подтверждение механизма
Используя флуоресцентную флуктуационную спектроскопию, ученые отследили движение молекул в живых клетках. Для исключения побочных эффектов in vivo Арупратан Дас создал искусственные реконструированные мембраны. С помощью микроскопии полного внутреннего отражения команда подтвердила, что заряд мембраны напрямую определяет скорость извлечения Cdc42.
Значение открытия
- Все молекулы механизма (Cdc42, Rdi1, флиппаза) присутствуют и в клетках млекопитающих.
- Открытие открывает новые пути для изучения полярности в клетках печени и её связи с заболеваниями.
- Работа демонстрирует силу новых инструментов для точных биофизических измерений в единичных живых клетках и реконструированных системах.
Следующая задача — выяснить, что контролирует саму флиппазу. Есть признаки, что её активность может регулироваться другими липидами и ферментами.