Клеточная биология: молекулярная заклепка для передачи силы на большие расстояния

Пластин способствует поляризации и цитокинезу зиготы C. elegans.Все многоклеточные организмы начинают свою жизнь, когда сперматозоид сливается с ооцитом. Вновь оплодотворенная зигота должна пройти бесчисленное количество раундов клеточного деления, образуя эмбрион. Некоторые деления являются симметричными и генерируют две идентичные дочерние клетки в процессе, известном как цитокинез.

Другие асимметричны и приводят к неравным дочерним клеткам, которые дифференцируются в отдельные типы клеток со специализированными функциями. Перед асимметричным делением эти клетки подвергаются процессу, известному как поляризация, когда верхняя или передняя часть клетки содержит другой набор структур на основе белков и механизмов, расположенных в нижней или задней части клетки.

И цитокинез, и поляризация управляются сократительным компонентом клетки, называемым корой. Этот тонкий слой расположен внутри клетки, непосредственно рядом с плазматической мембраной, и в основном состоит из актиновых филаментов (F-актин), которые представляют собой кабелеподобные структуры, которые динамически собираются и разбираются и поддерживают форму клетки.

Кора также содержит моторный белок немышечный миозин II, который придает сократимость сети, и другие актин-связывающие белки, такие как те, которые связывают филаменты вместе или облегчают сборку новых филаментов. Несмотря на то, что структурное устройство коры головного мозга было хорошо установлено, было неясно, как все эти белки работают вместе в живом организме, чтобы производить структуры на основе актина более высокого порядка и передавать механическую силу во время важнейших процессов развития.Чтобы исследовать эти вопросы, группа междисциплинарных ученых из MBI, Института молекулярной и клеточной биологии A * STAR и Европейской лаборатории молекулярной биологии исследовала кору головного мозга в развивающемся организме, в частности, Caenorhabditis elegans (C. elegans), который является прозрачный нематодный червь длиной 1 мм. В ходе исследования, проведенного доцентом Роненом Зайдель-Баром, стало очевидно, что актин-связывающий белок под названием пластин (он же фимбрин) играет важную роль в развитии C. elegans на ранних этапах развития.

Пластин связывается с актиновыми филаментами, чтобы облегчить их связывание и укрепить сеть актиновых филаментов, чтобы он мог противостоять силам, возникающим во время сокращения филаментов, а также силам, действующим на кору от внешних раздражителей. Действуя как молекулярная заклепка, пластин позволяет коре клеток эффективно функционировать, тем самым облегчая поляризацию и цитокинез. Используя методы микроскопии, генетического и компьютерного моделирования, исследователи изучили клеточную кору на самых ранних стадиях развития C. elegans, уделяя особое внимание пластину. Хотя предыдущие попытки идентифицировали пластин в коре головного мозга, ни одна из них не показала его полного значения в развитии эмбриона.

Чтобы начать исследования, кандидат наук в MBI г-н Дин Вей Юнг исследовал зиготы мутантного штамма C. elegans, у которых была потеряна функция пластина. В этих зиготах как поляризация, так и цитокинез были нарушены до такой степени, что они либо не происходили, либо значительно задерживались.

Получив возможность наблюдать, как C. elegans формируется с мутацией пластина, исследователи обратили свое внимание на изучение сократимости коры во время развития C. elegans.Для этого исследователи изучили организацию и динамику немышечного миозина II в коре во время поляризации. В нормальных зиготах моторные белки миозина накапливаются в большие кластеры, которые генерируют большие сократительные силы.

Однако, когда функция пластина была потеряна, исследователи отметили, что миозин не накапливался кластерами, как это происходит в нормальных клетках. Это означало, что возникающие сокращения были намного слабее по сравнению с нормальными клетками.

В конце концов, потеря сильных, скоординированных корковых сокращений у эмбрионов мутантного пластина червя приводит к дефектной поляризации. Это было очевидно из нарушенного разделения двух белков, которые в противном случае накапливались бы на обоих концах клеток, когда они подвергались поляризации.

Затем авторы расширили свое исследование за пределы поляризации и посмотрели на роль пластина в цитокинезе. В здоровых зиготах актиновые нити вместе с немышечным миозином II будут накапливаться в середине делящихся клеток.

Оттуда они эффективно втягивают мембрану внутрь, так что противоположные стороны клетки встречаются и сливаются, тем самым создавая две клетки. Это не происходило с той же скоростью в клетках, содержащих мутировавший пластин, и было определено, что пластин способствует накоплению белков в правильном положении.

Чтобы лучше понять, почему опосредованное пластином перекрестное сшивание актомиозиновых филаментов оказывает такое влияние на поляризацию клеток и цитокинез, команда обратилась к математическому моделированию. В частности, они проверили, достаточно ли увеличенной связи между пластином и актомиозином для управления сократительной способностью коры головного мозга на больших расстояниях. Эти симуляции выявили оптимальный уровень сшивания пластина, необходимый для облегчения этих процессов, и показали, что слишком маленькое или слишком большое сшивание приведет к тому, что сеть F-actin будет либо слишком разъединенной, либо слишком жесткой. В обоих случаях конечным результатом является ослабление сократительной способности.

Чтобы подтвердить, что это верно для живых организмов, команда увеличила уровни пластина в здоровых зиготах C. elegans и обнаружила, что действительно слишком много пластина существенно замедляет цитокинез.Эмбриогенез требует мощного генерирования и передачи сил, которые управляют критическими клеточными процессами, такими как поляризация и цитокинез.

Результаты, представленные в этой работе, объясняют роль пластина как молекулярной заклепки, способствующей устойчивой поляризации и своевременному цитокинезу. Эти открытия дополнительно демонстрируют важность организации высокого порядка актомиозинового цитоскелета и роль связывающих актин белков, таких как пластин, в регуляции его функции.


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *