Визуализация «развертывания» при росте микротрубочек
Живые клетки абсолютно зависят от тубулина — белка, который образует полые трубчатые полимеры, называемые микротрубочками. Они формируют каркас для перемещения материалов внутри клетки. Этот каркас позволяет клеткам двигаться, удерживает структуры на месте или перемещает их. При делении клеток волокна микротрубочек растаскивают хромосомы в новые клетки. Клетки с дефектами в полимеризации тубулина погибают.
Волокна микротрубочек — это полые стержни, состоящие из гораздо меньших субъединиц тубулина, которые спонтанно собираются на одном конце стержня. Однако то, как именно это происходит внутри переполненной среды живой клетки, оставалось загадкой. Исследователи из UC Davis раскрыли механизм, который устанавливает эти «строительные блоки» на место, что проиллюстрировано в новой анимации.
«Это изменит представления людей о полимеризации микротрубочек», — сказал Джавдат Аль-Бассам, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии в Колледже биологических наук UC Davis. Статья с описанием работы опубликована 13 ноября в журнале eLife.
В работе описаны «моментальные снимки» набора доменов под названием TOG (Tumor Overexpressed Genes), застигнутых в процессе управления полимеризацией тубулина. Как следует из названия, TOG в изобилии присутствуют в быстро делящихся раковых клетках. Они демонстрируют сходную структуру у организмов от дрожжей до человека.
Работая с дрожжами, научный сотрудник проекта Стэнли Нитианантам, Аль-Бассам и их коллеги показали, как белок Alp14, имеющий четыре домена TOG, ускоряет полимеризацию тубулина в микротрубочки. Он переносит четыре единицы тубулина к правильному концу микротрубочки и аккуратно выгружает их в нужном порядке для наращивания конца.
Alp14 представляет собой группу хорошо сохранившихся белков, необходимых для клеточного гомеостаза и деления клеток, встречающихся от дрожжей до человеческих клеток. Он состоит из сборки, связанной гибким линкером, с двумя доменами TOG1 и двумя доменами TOG2. Добавление четырех единиц тубулина (по две на домен TOG) формирует круг, в котором TOG обращены друг к другу, а тубулины — наружу.
Когда круги TOG/тубулин достигают растущего конца микротрубочки, TOG1 стыкует свой тубулин с растущим концом, дестабилизируя круг, так что он разворачивается, размещая четыре тубулина по порядку на конце. Название процесса («unfurling» — развертывание) было выбрано потому, что он похож на разворачивание сложенного паруса на лодке при ветре.
«Полная неожиданность, что это такой упорядоченный, согласованный процесс», — сказал Аль-Бассам.
По мере добавления единиц тубулина к нити микротрубочки они выпрямляются, что способствует дальнейшему отсоединению тубулинов от TOG. Этот процесс впервые объясняет, как множественные TOG ускоряют сборку тубулина.
Исследователи продолжают эту работу изучением мутантных белков Alp14, спроектированных с предсказанными дефектами в этом процессе, чтобы проверить предложенный механизм с помощью методов визуализации динамической сборки тубулина внутри и вне живых клеток. Ученые планируют продолжить дальнейшие исследования процесса, в том числе с использованием криоэлектронной микроскопии, которая позволяет визуализировать отдельные белковые молекулы в их естественном состоянии.