Подергивающиеся сокращения наших мышечных клеток хорошо известны. Их можно обнаружить через несколько недель после зачатия, когда сердце эмбриона начинает биться. Сократительная способность мышечных клеток обеспечивается взаимодействием между белками цитоскелета и низкомолекулярными моторными белками, известными как миозины.
В человеческом теле насчитывается более 200 типов клеток, и не все из них нуждаются в многократном сокращении. Несмотря на свои различные функции, почти все клетки содержат те же основные белковые компоненты, что и в мышечных клетках.
Важно отметить, что большинство клеток также обладают некоторой медленной сократимостью. Фибробласты — один из таких примеров.
Обнаруженные в соединительной ткани, эти клетки производят материал, который окружает все клетки, и в конечном итоге определяет форму ткани. Важно отметить, что фибробласты также могут реконструировать этот материал, и для этого им нужна сила, чтобы противостоять окружающей среде.Чтобы исследовать организацию цитоскелета и связанных с ним моторных белков в немышечных клетках, исследователи из MBI проанализировали фибробласты с помощью микроскопии со сверхвысоким разрешением, известной как микроскопия структурированного освещения (SIM).
Исследователи во главе с профессором Александром Бершадским и доцентом Роненом Зайдель-Баром сосредоточили свое исследование на сборке цитоскелета. Наряду с обеспечением структурной поддержки клетки, цитоскелет может также амортизировать стрессы от внешнего микроокружения и давать клеткам возможность сокращаться и двигаться через ткань. Эти процессы возможны из-за непрерывной сборки и разборки белковых кабелей, а также из-за генерации силы, когда моторные белки тянут за эти кабели.Когда цитоскелет был изучен в живых фибробластах, доктор Шикионг Ху, научный сотрудник MBI, и его коллеги обнаружили уникальные организованные паттерны моторных белковых филаментов в крупных белковых кабелеподобных структурах, известных как стресс-волокна.
Эти кабели динамически образуют и часто соединяют участки, где клетки взаимодействуют с микросредой.Подобно веревкам, эти кабели состоят из множества отдельных нитей, удерживаемых вместе различными сшивающими белками.
Наблюдая за формированием цитоскелета с течением времени, исследователи наблюдали, как филаменты миозина-II располагаются в стопки, проходящие перпендикулярно большим параллельным стрессовым волокнам. Эти стеки чередовались с участками «перекрестно сшивающего» белка a-актинина, который связывает отдельные филаменты вместе, образуя белковый кабель.
Как филаменты миозина-II собираются вместе в связанных стрессовых волокнах, еще предстоит полностью определить, однако одно наблюдение из этого исследования, которое может дать ответ, — это движение филаментов миозина-II на большие расстояния друг к другу. Как предполагают исследователи, это притяжение может быть результатом сократительных или упругих сил, генерируемых стопками миозиновых нитей, которые могут передаваться через окружающий цитозоль к отдельным филаментам, которые в противном случае изолированы.Сложение филаментов миозина-II в немышечных клетках, таких как фибробласт, является интригующим элементом самоорганизации цитоскелета и общей архитектуры клетки.
Функция фибробластов требует, чтобы клетка могла растягиваться, образовывать выступы цитоскелета и перемещаться в другие области соединительной ткани. Сборка и организация миозина-II в стопки позволяет фибробластам выполнять эти клеточные процессы.Даже в немышечных клетках архитектура цитоскелета специализируется на генерации силы и восприятии. Организация цитоскелета в немышечных клетках поразительно похожа на таковую в мышечных клетках.
В обоих случаях сократительные и эластические силы являются неотъемлемой частью функционального цитоскелета, и после их формирования становится очевидным образец повторяющихся сократительных белков на основе белков. Однако, в отличие от мышечных клеток, эти структуры непрерывно собираются и разбираются в немышечных клетках, что позволяет им адаптировать свои функции, форму и направление движения в соответствии с окружающей средой, в которой они находятся.Как было замечено в этом исследовании, даже немышечные клетки нуждаются в силе, чтобы бороться с окружающей средой и пробиваться сквозь часто липкую среду. Эта сила исходит от тщательно продуманной системы волокон и моторных белков.
Хотя они не такие сильные, как те, что содержатся в мышечных клетках, их организация в немышечных клетках позволяет им оставаться чувствительными к изменениям в окружающей среде, обеспечивая при этом необходимое количество силы для выполнения своих функций.