Микротрубочки, собирайтесь: новое исследование может привести к лучшему пониманию самоорганизации в клетках

Микротрубочки — критический компонент цитоскелета, жизненно важный для деления клеток и, как следствие, отличная мишень для химиотерапевтических препаратов. Они способны к спонтанной самоорганизации, но механизм этого процесса оставался неясным.

Исследователи из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук имени Джона А. Полсона (SEAS) наблюдали, как микротрубочки и моторные белки собираются в макроскопические сети. Их наблюдение позволяет лучше понять самоорганизацию цитоскелета в целом, что, в свою очередь, может привести к улучшению дизайна лекарств и созданию новых материалов, способных имитировать клеточное поведение.

Исследование было недавно опубликовано в журнале eLife.

Эксперимент по сборке веретена

Учёные исследовали сборку веретена — клеточной структуры, играющей важную роль в делении клеток и состоящей из микротрубочек и моторного белка динеина.

Чтобы понять, как собираются веретена, команда под руководством Дэна Нидлмана поставила простой эксперимент:

• Они извлекли цитоплазму из яиц лягушки, содержащую динеин и все компоненты для сборки веретен.
• Добавили флуоресцентный белок и химиотерапевтический препарат Таксол, чтобы создать и стабилизировать микротрубочки.
• Поместили смесь в простую микрофлюидную камеру.

«Очень быстро мы увидели, что эти микротрубочки организуются в сети, которые спонтанно сокращаются», — сказал Питер Фостер, аспирант SEAS и первый автор статьи.

Роль моторного белка

Ответ на вопрос «почему?» заключался не в поведении микротрубочек, а в поведении моторного белка:

• Микротрубочки имеют плюс- и минус-концы.
• Динеин перемещается от плюс-конца к минус-концу, стягивая минус-концы микротрубочек вместе и создавая звездообразные кластеры — астеры.
• Динеин сближает эти небольшие кластеры, сливая их в более крупные сети.
• По мере того как моторный белок продолжает «сжимать» микротрубочки, сеть сокращается, пока не достигнет минимального размера.

На основе этого эксперимента исследователи разработали модель, которая количественно описывает это поведение и даёт представление не только о сборке веретена, но и о самоорганизации в целом.

«Используя эту модель, мы можем задавать вопросы от микроскопического уровня до крупномасштабных явлений, — сказал Фостер. — Это имеет множество последствий не только в биологии, но и в мире материалов».