Как работают молекулярные машины
При делении клетки жизненно важно, чтобы дочерние клетки получили полную копию генетической информации. Ошибки в распределении хромосом могут приводить к гибели клеток или развитию таких заболеваний, как рак или синдром Дауна.
Международная группа учёных под руководством Яна-Михаэля Петерса (IMP, Вена), Хольгера Штарка (Институт биофизической химии им. Макса Планка, Гёттинген) и Бренды Шульман (Детская исследовательская больница Сент-Джуд, Мемфис) выяснила, как работает одна из таких «молекулярных машин». Результаты опубликованы в серии из четырёх статей в журналах PNAS, Cell и Molecular Cell.
Новая технология визуализации
Молекулярные машины, выполняющие сложные задачи (например, сегрегацию хромосом), имеют размер порядка одной десятитысячной миллиметра, что долгое время затрудняло их изучение.
Теперь это стало возможным благодаря комбинации двух новых методов:
- Технология создания синтетических форм молекулярных машин, разработанная в IMP, позволяющая систематически манипулировать ими.
- Криоэлектронная микроскопия с атомарным разрешением. Молекулы замораживают при очень низких температурах и анализируют с помощью электронных пучков, измеряемых новыми детекторами беспрецедентной точности.
Это позволяет визуализировать белковые комплексы размером менее одной сотой человеческого волоса.
Как включается комплекс APC/C
Исследователи применили эти методы для изучения молекулярной машины APC/C, которая инициирует разделение хромосом в строго определённый момент клеточного деления.
Учёные впервые напрямую визуализировали структуру APC/C до и после его активации. Оказалось, что этот комплекс способен включаться самостоятельно, по аналогии с тем, как гибридный автомобиль переключается между электрическим и бензиновым двигателем.
«Без возможности напрямую увидеть APC/C в деталях с помощью электронной микроскопии мы бы никогда этого не узнали», — добавляет Хольгер Штарк.
Новая технология открывает путь к пониманию молекулярных процессов на ранее недоступном уровне. В долгосрочной перспективе это может помочь понять, как предотвратить ошибки в распределении хромосом и связанные с ними заболевания.