Слишком тугая мембрана мешает клеткам делиться
Клетки делятся для роста новых тканей или восстановления повреждённых, но ошибки в этом процессе могут причинить больше вреда, чем пользы. Чтобы избежать тяжёлых последствий, таких как болезни и нежелательная гибель клеток, клетки используют ряд защитных механизмов для гарантии равномерного деления. Учёные обнаружили ранее неизвестный механизм, с помощью которого клетки достигают этого.
Обычно генетический материал в клетке существует в виде длинных рыхлых нитей. Во время деления эти нити плотно сворачиваются в хромосомы и выстраиваются по экватору клетки. Чтобы освободить место для этого построения, клетка округляется в идеальную сферу. Ранее было известно, что если клетка не может округлиться, она не может делиться. Новое исследование, опубликованное 28 февраля 2019 года в Nature Communications, предлагает новую идею: если клетка округляется со слишком большой силой, деление также становится невозможным.
«Есть много сообщений о случаях, когда у клеток недостаточно силы для округления, но это первый случай, когда сообщается об избыточной силе», — сказала профессор Кейко Коно, соавтор исследования. Учёные обнаружили альтернативный сценарий: когда критический защитный механизм отключён, клетка генерирует слишком большую силу, и деление просто останавливается. Хотя хромосомы по-прежнему выстраиваются по экватору клетки (стадия «контрольной точки сборки веретена»), деление не может продвинуться дальше.
«Хромосомы просто красиво выстроены, но контрольная точка не может быть снята», — пояснила Коно.
Молекулярный «тормоз» помогает поддерживать баланс
В чашке Петри клетки обычно лежат плоско. Во время деления они округляются, образуя крошечные шарики. Известно, что белок циклин-зависимая киназа 1 (Cdk1) способствует этому округлению. Cdk1 запускает цепную реакцию, которая приводит к накоплению нитевидных филаментов F-актина на поверхности клетки. F-актин работает в паре с белком миозином, чтобы натянуть поверхность и заставить клетку округлиться.
«Но здесь есть своего рода загадка», — сказала Коно. В начале деления напряжение на поверхности клетки неуклонно возрастает. Но как только хромосомы выстраиваются по экватору, напряжение выходит на плато и остаётся почти постоянным до самого разделения клетки. «[Существующая теория] объясняет этот линейный рост, но не объясняет, почему сила стабилизируется — наша работа это объяснила».
Чтобы решить эту загадку, исследователи создали мутантные клетки, в которых цепная реакция, запускаемая Cdk1, была нарушена. В норме Cdk1 запускает сборку актиновых филаментов. Учёные предположили, что если один белок запускает этот процесс, другой должен действовать как тормоз, чтобы его замедлить.
Оказалось, что эту роль удивительным образом выполняет сам Cdk1. После того как он даёт команду на строительство актиновых филаментов, Cdk1 модифицирует саму сборочную линию, останавливая строительство до того, как накопится слишком много актина. В мутантных клетках, где Cdk1 не мог «нажать на тормоз», актин накапливался на поверхности клетки, вызывая неконтролируемый рост напряжения. Если «тормоз» не восстанавливался, мутантные клетки не могли делиться.
«Зона Златовласки» для клеточного деления
Результаты показывают, что избыточное напряжение на поверхности клетки нарушает деление, но для понимания точной причины нужны дальнейшие исследования. Коно планирует изучить, как силы, действующие на клеточную мембрану, влияют на время деления, особенно до и после контрольной точки сборки веретена. После этой контрольной точки стройный ряд хромосом разрывается надвое, обеспечивая равное количество генетического материала каждой дочерней клетке.
Для подготовки к этому критическому моменту всё должно быть идеально.
«Если хромосомы не могут быть правильно выровнены и распределены, это немедленно вызовет заболевания», — сказала Коно. Для равномерного распределения хромосом клетка должна округлиться достаточно, но не слишком сильно. «Интуитивно можно представить, что если силы меньше, нельзя округлиться. Но если округлиться слишком сильно, это тоже вредно — это новая идея».