Первое доказательство механочувствительного поведения микротрубочек

Микротрубочки внутри клеток не только служат компонентом цитоскелета, но и играют роль во внутриклеточном транспорте, выступая в качестве «рельсов» для моторных белков, таких как кинезин и динеин. Будучи самым жёстким компонентом цитоскелета, микротрубочки постоянно подвергаются механическим нагрузкам (сжатие, растяжение, изгиб). Существовала гипотеза, что они также функционируют как механосенсоры, преобразующие механическую информацию в биохимическую.

Исследовательская группа под руководством доцента Акиры Какого из Университета Хоккайдо представила прямое доказательство того, что микротрубочки действуют как механосенсоры, регулирующие внутриклеточный транспорт. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Механический стресс значительно влияет на дифференцировку клеток, развитие и болезни. Некоторые исследования предполагали, что микротрубочки могут быть механосенсорами, но прямых доказательств не было.

Команда провела эксперименты с микротрубочками в бесклеточной системе. Они обнаружили, что движение кинезина замедляется, когда микротрубочка изгибается. С помощью высокоскоростной атомно-силовой микроскопии подтвердили, что это явление происходит даже без образования полостей или трещин в структуре микротрубочки, которые считались основной причиной замедления.

Анализ сродства связывания кинезина показал, что изогнутые микротрубочки кажутся для него более «липкими», чем прямые. Моделирование молекулярной динамики на уровне всех атомов выявило, что механизм замедления связан с усилением энергии взаимодействия кинезина и деформированных структурных единиц микротрубочки.

Эти результаты важны для областей биомеханики и механобиологии, изучающих механическую среду в клетках и вокруг них; для исследований неврологических заболеваний, вызванных нарушением аксонального транспорта; а также для разработки механических сенсоров на основе биомолекулярных белков.