Стик-энд-слайд: Компьютерное моделирование углубляет понимание молекулярных моторов

Новое исследование раскрывает, как молекулярные моторы, обеспечивающие важные внутриклеточные движения, могут генерировать циклическое движение. Работа, опубликованная Cell Press в декабрьском выпуске Biophysical Journal, открывает новые возможности для понимания моторных молекул с помощью компьютерной программы, точно моделирующей движение волосоподобных клеточных выростов.

Многие клетки и одноклеточные организмы имеют крошечные придатки — реснички и жгутики, которые могут колебаться для перемещения жидкости вдоль поверхности клетки или движения самой клетки. Каждый жгутик (или ресничка) содержит девять пар слившихся микротрубочек, называемых внешними дублетами, расположенных по цилиндру. Тысячи молекул моторных белков — динеинов — расположены вдоль каждого дублета. Каждый динеиновый мотор прикрепляется и отсоединяется от соседнего дублета, вызывая скользящее движение между дублетами, что приводит к колебательному изгибу жгутика.

«Мы не понимаем, как действие этих моторов координируется для создания полезных паттернов изгиба. В частности, фундаментальный механизм, генерирующий колебания, не установлен», — говорит автор исследования доктор Чарльз Дж. Брокоу из Отдела биологии Калифорнийского технологического института. «Предложенные теории трудно проверить из-за сложной структуры жгутиков».

Более ранние исследования в лаборатории доктора Рицу Камия в Токийском университете с использованием частично дезинтегрированных жгутиков зеленых водорослей предоставили первый четкий механизм динеин-зависимых колебаний. В частности, динеины генерировали силы скольжения, которые заставляли одиночную пару дублетов расходиться вблизи их нижних концов, которые оставались прочно связанными. Дальнейшее скольжение увеличивало расхождение и распространяло его на всю длину пары дублетов, пока они полностью не диссоциировали. Затем дублеты снова ассоциировали, начиная с базальных концов, пока динеины не были способны вновь инициировать скольжение и повторить цикл.

Чтобы полностью использовать эту упрощенную модель, доктор Брокоу разработал компьютерную программу, способную вычислять движение пары дублетов в результате реалистичных динеиновых сил. Моделирование подтвердило выводы предыдущего исследования: динеин-зависимое скольжение отключается, когда расхождение между дублетами становится слишком большим, и снова включается, когда дублеты реасоциируют.

«Возможно, что более важно, новое моделирование продемонстрировало, что динеины должны создавать адгезионную силу, удерживающую дублеты близко друг к другу для генерации сил скольжения», — объясняет доктор Брокоу. «Этот первый шаг приведет к созданию программ, в которых идеи о детальной химической кинетике и структурной механике отдельных динеинов могут быть проверены как источник сил скольжения и адгезии».

Источник: Cell Press