Живая клетка — это оживленный мегаполис с бесчисленными молекулами и белками, перемещающимися по переполненным пространствам во всех направлениях. Деление клетки — это грандиозное событие, которое полностью преображает ландшафт. Клетка начинает вести себя как хозяин международного соревнования, перестраивая целые улицы, перемещая здания и перенаправляя свои транспортные системы.
Десятилетиями исследователи были очарованы способностью клетки организовывать столь драматичные преобразования. Центральным элементом этого процесса является микротрубчатый цитоскелет, сеть волокон, которая обеспечивает структурную поддержку и облегчает движение внутри клетки, гарантируя правильное разделение хромосом. Ошибки в клеточном делении могут привести к широкому спектру заболеваний и расстройств, включая рак или генетические нарушения.
Однако, несмотря на свою критическую важность, точные механизмы, управляющие тем, как клетки реорганизуют свои внутренние структуры во время деления, остаются загадкой. Как клетка узнает, когда и как перестраивать свои внутренние структуры? Какие молекулярные сигналы управляют этими изменениями? Кто является ключевыми игроками, проводящими все это?
Согласно новому исследованию, некоторые изменения сводятся к удивительно простой и элегантной системе — переключению молекулярного переключателя. Результаты опубликованы в Nature Communications исследователями из Центра геномной регуляции в Барселоне и Института молекулярной физиологии Макса Планка в Дортмунде.
В основе открытия лежит белок PRC1. Во время деления клеток PRC1 играет ключевую роль в организации деления клеток. Он сшивает микротрубочки, помогая формировать структуру в критической области, где микротрубочки перекрываются, а хромосомы разделяются.
Но PRC1 действует не в одиночку. Его активность строго контролируется, чтобы гарантировать, что микротрубочки собираются в нужное время и в нужном месте. Белок контролируется с помощью процесса, называемого фосфорилированием, когда ферменты добавляют небольшие химические метки к определенным участкам на его поверхности. Эти молекулярные метки могут повышать или понижать активность PRC1.
«Мы обнаружили, что манипулирование состоянием фосфорилирования PRC1 может вызывать крупномасштабные переходы между различными состояниями организации цитоскелета, которые необходимы для деления клеток. Изменения происходят всего за несколько минут», — объясняет доктор Вэй Мин Лим, первый автор исследования и научный сотрудник CRG.
Исследователи сделали это открытие, разработав новую лабораторную систему, в которой они могут точно контролировать и даже обращать вспять переходы цитоскелетных структур, связанных с различными стадиями деления клеток вне живой системы. Новая технология может помочь исследователям изучать фундаментальные механизмы, управляющие делением клеток, с большим контролем и подробностями, чем это было возможно ранее, и в режиме реального времени.
«Теперь мы можем создавать и наблюдать фильмы о реорганизации цитоскелета под микроскопом, перематывая их вперед и назад по своему усмотрению. Это важная веха в этой области», — говорит профессор-исследователь ICREA Томас Суррей, старший автор исследования и научный сотрудник Центра геномной регуляции в Барселоне.
Новая система может в конечном итоге пролить свет на потенциальные терапевтические стратегии для состояний, когда деление клеток идет неправильно, например, рака. Однако для Суррея значение исследования заключается в том, как оно вызывает чувство удивления перед сложностью природного мира.
«Клетки невероятно малы, однако внутри них существует высокоорганизованная и очень сложная система, которая работает с большой точностью. Благодаря таким открытиям эта сложность начинает распадаться», — заключает он.
