Консервативный белок ядерной оболочки использует челночный сервис для перемещения между рабочими местами

Исследователи из Института медицинских исследований Стоуэрс наблюдали, как два белка совместно работают внутри живых клеток, обеспечивая коммуникацию между ядром клетки и её внешним компартментом — цитоплазмой. Работа даёт новые подсказки о том, как функционирует ключевой белок, обнаруженный у организмов от дрожжей до человека.

Исследование под руководством доктора философии Сью Джасперсен, главного исследователя Института Стоуэрс, было сосредоточено на белке Ndc1, который контролирует, когда и где клетка создаёт отверстия в двойной мембране, окружающей её ядро. У дрожжей эти отверстия становятся местами для двух важнейших структур: проходов, называемых ядерными порами, и телец веретена, которые служат якорями для цитоскелетных филаментов, разделяющих хромосомы в делящейся клетке.

«Слишком много или слишком мало мест вставки будет иметь катастрофические последствия», — говорит Джасперсен, объясняя, что новые ядерные поры и тельца веретена должны создаваться каждый раз, когда клетка готовится к делению, чтобы обеспечить правильное распределение генетического материала и оснащение дочерних клеток для активации генов и производства белков. Результаты её команды по взаимодействию Ndc1 с белком Mps3, который, по-видимому, управляет распределением Ndc1 на ядерной оболочке, описаны в выпуске Journal of Cell Biology от 10 февраля 2014 года.

Чтобы узнать больше, Джасперсен и Цзинцзин Чен, постдокторант в её лаборатории, создали дрожжи с мутациями в гене ndc1. Как и ожидалось, изменения, нарушающие взаимодействие Ndc1 с его известными партнёрами в ядерной поре или тельце веретена, были летальными. Однако одна мутация озадачила учёных. Изменённый белок Ndc1 связывался с ожидаемыми компонентами как ядерной поры, так и тельца веретена, как и нормальный белок. «Предыдущие данные предполагают, что если Ndc1 может функционально связываться с этими компонентами, и тельце веретена, и ядерная пора должны быть в порядке», — говорит Чен. Но когда дрожжевые клетки производили эту изменённую версию Ndc1, они погибали. «Это говорит о том, что может существовать ещё один очень важный партнёр по взаимодействию», — заключает она.

Чен разработала стратегию поиска такого партнёра. Она использовала метод под названием дрожжевой двугибридный анализ, в котором исследуемые белки связываются с двумя разными частями активатора гена. Если белки ассоциируются друг с другом внутри клетки, они «приносят» с собой компоненты активатора, позволяя им работать вместе для включения легко обнаруживаемого гена. Используя мембранный вариант дрожжевого двугибридного анализа, способный обнаруживать взаимодействия на ядерной оболочке, Чен обнаружила, что Ndc1 связывается с белком Mps3.

Взаимодействие Mps3 с Ndc1 стало неожиданностью. Молекулярные микроскописты института, доктора философии Брайан Слотор и Джей Анру, предложили команде использовать сложную методику визуализации — флуоресцентную кросс-корреляционную микроскопию — чтобы напрямую наблюдать за белком Mps3 внутри живых клеток и следить за его взаимодействиями с Ndc1.

Чтобы отследить взаимодействие, исследователи присоединили красную флуоресцентную метку к Ndc1 и зелёную — к Mps3. Затем они сфокусировали микроскоп на определённой точке внутри живой клетки и наблюдали, как меченые белки входят в это пространство или покидают его. Эти наблюдения должны были показать, движутся ли Ndc1 и Mps3 независимо или они физически связаны.

«Это позволило нам заглянуть внутрь живых дрожжевых клеток и изучать комплексы в реальном времени, в контексте ядерной оболочки. Мы могли просто сидеть и наблюдать, не трогая и не вскрывая клетки», — говорит Джасперсен. Визуализация не только подтвердила взаимодействие между Mps3 и Ndc1, но и позволила команде точно отследить, где оно происходит.

Хотя исследователи ожидали увидеть ассоциацию Mps3 с Ndc1 либо у ядерных пор, либо у телец веретена, ни то, ни другое не подтвердилось. Вместо этого Mps3 и Ndc1 соединялись в ядерной оболочке, но вдали от двух изучаемых структур. Это навело на мысль, что Mps3 может помогать «перевозить» Ndc1 к местам, где он необходим, контролируя распределение ядерных пор и телец веретена. Команда Джасперсен теперь планирует дальнейшие эксперименты, чтобы проверить, как Ndc1 и Mps3 поддерживают правильный баланс этих критически важных структур.