Микроскопические мышцы: как немышечные клетки находят силу для движения

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.


Портал обо всем