Разработан инструмент для снижения клеточной сократительной силы с помощью света

Клеточная сократительная сила играет ключевую роль во многих биологических процессах: движении клеток, цитокинезе и морфогенезе тканей. В исследовании, опубликованном в Nature Communications, группа учёных из Отдела количественной биологии Национального института фундаментальной биологии (Япония) разработала оптогенетический инструмент «OptoMYPT», который использует сфокусированный свет для снижения сократительной силы, создаваемой актином и миозином.

Исследователи создали инструмент для прямой инактивации немышечного миозина II, который генерирует сократимость клеток совместно с актиновыми филаментами. В основе разработки — белок MYPT1, необходимый для инактивации миозина. Он сближает фосфатазу PP1c с фосфорилированным миозином, что приводит к его дефосфорилированию и инактивации. Учёные решили оптически управлять локализацией естественной PP1c в клетках, используя PP1c-связывающий домен (PP1BD) белка MYPT1.

«Для создания OptoMYPT мы использовали систему iLID, которая контролирует локализацию белков светом. Синяя подсветка заставляет белок iLID связываться с белками SspB. В нашей конструкции iLID закреплён на мембране клетки, а SspB, сшитый с PP1BD MYPT1, находится в цитоплазме. Синий свет вызывает перемещение SspB-PP1BD из цитоплазмы к мембране через связывание с iLID, что приводит к рекрутированию эндогенной PP1c к мембране. В итоге PP1c дефосфорилирует и инактивирует миозин у клеточной мембраны», — пояснил ведущий автор работы, аспирант Кей Ямамото.

Как и ожидалось, при освещении синим светом клеток, экспрессирующих OptoMYPT, PP1c перемещалась к мембране, что снижало сократительную силу, опосредованную актином и миозином.

Чтобы изучить механику деления клеток, команда применила OptoMYPT к делящимся клеткам. Когда синий свет направляли на оба полюса клетки, чтобы ослабить напряжение клеточного кортекса, скорость углубления борозды деления увеличивалась. Если же напряжение ослабляли только с одной стороны, между дочерними клетками возникало колебательное течение цитоплазмы. Таким образом, с помощью локальных возмущений силы учёные показали, что для нормального хода деления клеток необходимы оптимальная сила и симметрия сил, генерируемых на её поверхности.

«Мы уверены, что OptoMYPT будет полезен для понимания различных эмбриологических и клеточных явлений, связанных с актомиозиновым цитоскелетом», — заявил профессор Кадзухиро Аоки, участник исследовательской группы. Он добавил, что в будущем этот инструмент может быть использован для свободного проектирования форм клеток и тканей, а также для создания искусственных органов.