Новый метод измеряет силы, удерживающие ядро живой клетки в центре

Исследователи из Японии и Морской биологической лаборатории (MBL) разработали новый метод измерения сил, которые удерживают ядро в центре живой клетки. Для этого они использовали два специализированных микроскопа, изобретённых в MBL. Эксперименты также дали важные новые подсказки о свойствах клеточной цитоплазмы и механизмах движения органелл. Работа опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

«Понимание механизма позиционирования ядра важно для понимания клеточного деления», — говорит ведущий автор Акацуки Кимура. Клетки должны делиться равномерно, и для деления в центре критически важно положение ядра в центре клетки.

Хотя давно известно, что правильное положение и движение ядра и других органелл важны для функционирования клетки, возможности точно измерить такие внутриклеточные силы были ограничены.

Вместо метода магнитных пинцетов, который требует имплантации магнитных шариков в ядро, исследователи выбрали другой подход: вращение клеток. При очень высокой скорости вращения ядро смещается от центра.

Команда исследовала живые эмбрионы нематоды C. elegans с помощью двух инструментов, изобретённых в MBL:

• Центрифужный поляризационный микроскоп (CPM), который прикладывает контролируемые центробежные силы к образцу, вращая его на высокой скорости.
• Ориентационно-независимый дифференциальный интерференционно-контрастный микроскоп (OI-DIC), который характеризует плотность массы цитоплазмы и ядра, измеряя разницу в показателях преломления.

С помощью CPM учёные обнаружили, что при центрифугировании оплодотворённых яиц C. elegans клеточное ядро смещается от центра клетки. Чтобы преобразовать скорость центрифугирования в силу, группа использовала OI-DIC-микроскоп, что позволило рассчитать точную силу, действующую на ядро.

Работа показала, что сила, необходимая для перемещения ядра в C. elegans, была примерно в шесть раз меньше, чем измеренная у морского ежа, хотя всё ещё больше теоретически оценённой. По словам Кимуры, это означает, что существует неизвестное свойство цитоплазмы, которое затрудняет перемещение крупных органелл и не учитывается в текущей теории.

Механизм центрирования ядра, скорее всего, зависит от активности микротрубочек внутри клетки. Результаты этого исследования согласуются с механизмом «вытягивания» ядра микротрубочками.

Новый метод менее сложен и более универсален, чем методы магнитных или оптических пинцетов, поскольку не требует инъекции шариков в клетку. Теперь можно проводить эксперименты на клетках с различными генетическими модификациями, чтобы раскрыть взаимосвязь между физической силой и генами.