Вёсла, гребцы, рулевой: новое исследование механизмов движения клетки
Даже в непроизвольных движениях клетки принимают участие белки-посредники, выяснили биологи из Университета Джонса Хопкинса. Ранее ученые считали, что посредники способствуют только направленным движениям.
Важнейшая деталь клеточного механизма – перекрестная сеть белковых цепочек, которые завертываются вокруг края клетки, придавая ей форму и структуру – так называемый цитоскелет. Чтобы привести клетку в движение, эта сеть должна выстроиться в некоторой ее части, толкнуть мембрану вовне и создать похожий на руку выступ, который «хватает» внешнюю среду и так тянет клетку вперед (на рисунке слева).
Цитоскелет, рассказывает профессор Питер Девреотес (Peter Devreotes), глава отделения клеточной биологии университета, получает указания из системы белков-посредников, которая соединена с рецепторными белками на внешней стороне клетки. Рецепторы принимают сигналы направления из других частей тела и передают их посредникам, которые, в свою очередь, заставляют белки цитоскелета выбросить «руку» в нужном направлении.
В своих экспериментах Девреотес и его коллеги хотели прояснить отношения между всеми этими структурами. Для начала они окунули клетки в раствор лекарства, парализующего цитоскелет. Неудивительно, что клетки перестали двигаться – но спонтанные реакции сети посредников продолжались.
«Представьте себе, что клетка – это лодка с несколькими гребцами и рулевым старшиной, который сидит на корме, за штурвалом, и орет на команду, чтобы те гребли синхронно. Если убрать весла (т.е. парализовать клеточный скелет), старшина может орать сколько ему угодно – лодка не сдвинется с места», - объясняет ученый.
Применив различные генетические методы и техники визуализации, исследователи отключали компоненты системы один за одним, и смотрели, что получается. Ингибирование белков-посредников («старшины») показало, что у цитоскелета есть внутренний ритм, который колеблет мембрану клетки каждые десять секунд – но никакие «выросты» не возникают, и клетка не двигается (на рисунке справа).
«Как будто команда может грести даже без старшины – только каждый матрос гребет в своем ритме и направлении, и лодка остается на месте», - рассказывает Чуань-Сян Хуан (Chuan-Hsiang Huang), соавтор исследования.
Ученые думали, что при отключении рецепторных белков клетка перестанет двигаться – ведь как направленное, так и произвольное движение клетки, казалось бы, невозможно без «команд» от этих белков. Но оказалось, что сеть посредников «возбуждаема» - то есть, белки-посредники могут функционировать даже без рецепторов и внешних сигналов, приказывая цитоскелету «выбрасываться» в случайных направлениях, двигая клетку туда-сюда.
«Эту ситуацию можно сравнить с лодкой без штурвала. Старшина сидит на месте и командует, матросы гребут в синхроне, шлюпка двигается, но не в каком-либо определенном направлении», - объясняет соавтор работы Мин Тан (Ming Tang).
По словам Девреотеса, интереснее всего будет приложить полученные ими результаты к изучению метастаз раковых клеток. «Некоторые из изученных нами белков-посредников присутствуют в больших количествах в растущих опухолях. Вполне вероятно, что порождаемые ими изменения в движении клеток участвуют в развитии болезни. Теперь мы знаем, что имеет смысл создавать лекарства, поражающие не только рецепторов, но и посредников – чтобы окончательно обездвижить раковые клетки», - заключает Девреотес.
Исследование представлено в журнале Nature Cell Biology.
По материалам пресс-релиза университета.
Артём Космарский nauka21vek.ru