Молекулярные тормоза удерживают транспортные белки до их очереди на движение
В клетках растений и животных моторные белки действуют как двигатели в транспортной системе. Они перевозят материалы внутри клетки. В растущей растительной клетке моторные белки кинезины работают как транспортеры, доставляя материалы, созданные в одной части клетки, туда, где они нужны. Кинезины перемещаются по полимерным «рельсам» — микротрубочкам.
Биологи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили молекулярный «тормоз», который удерживает кинезины в неактивном состоянии, пока их груз не понадобится.
Импортин IMB4 — это регулятор, контролирующий кинезин, участвующий в построении клеточной стенки растения. Он физически связывается с кинезином, удерживая его в неактивном состоянии, защищая от деградации и предотвращая движение по микротрубочке, пока груз не потребуется. Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.
«Клеточная стенка — это экзоскелет растения, и её построение — одна из важнейших функций. Мы определили ключевой молекулярный регулятор, который тесно контролирует отложение клеточной стенки, физически связываясь с кинезином», — сказал Рам Диксит.
Готовые двигатели
У растений Arabidopsis отложение клеточной стенки зависит от кинезина-4, называемого Fragile Fiber 1 (FRA1). Его подвижность и количество коррелируют со скоростью роста клеток.
Исследователи обнаружили, что импортин IMB4 связывается непосредственно с моторным доменом кинезина FRA1. Это взаимодействие ингибирует движение FRA1.
«Этот импортин, по сути, блокирует двигатель кинезина», — сказал Диксит. — «Место связывания включает аминокислоты, очень консервативные у других семейств кинезинов как у растений, так и у животных. Есть хороший шанс, что этот механизм может быть применим в целом».
Скрученная сестра
В другом исследовании лаборатории Диксит, опубликованном в Current Biology, изучался мутант Arabidopsis со спиральным ростом. У него были смещены микротрубочки.
Исследователи обнаружили, что специфичный для растений белок SPR2 регулирует динамику минус-концов микротрубочек. Микротрубочки имеют динамичный плюс-конец и менее динамичный минус-конец. В мутанте spiral2 минус-концы стали чрезвычайно динамичными и укорачивались с гораздо более высокой скоростью.
«Мы не только обнаружили, что этот белок локализуется на минус-конце и регулирует его динамику, но и смогли воспроизвести это поведение in vitro», — сказал Диксит.
Контроль формы и функций клеток
Вместе эти исследования регуляторов моторных белков и микротрубочек помогают объяснить внутреннюю работу растительных клеток, которая определяет их форму и позволяет изменять рост в ответ на сигналы.
Работа над IMB4 и кинезином FRA1 является частью усилий Диксита в рамках Центра инженерной механобиологии (CEMB), целью которого является понимание роли механических сил в биологических системах на примере как растений, так и животных.