В исследовании, опубликованном 1 октября в Developmental Cell, ученые из Университета Рокфеллера раскрывают новое понимание механических сил, которые управляют элементами формирования митотического веретена.«Мы знаем большинство задействованных белков и довольно хорошо разбираемся в биологии и генетике», — говорит соавтор исследования Скотт Форт, постдок Лаборатории химии и клеточной биологии, возглавляемой Таруном Капуром, членом семьи Пелсов. Профессор. «Но мы еще мало знаем о механической стороне вещей, а деление клеток — это очень механический процесс».Исследователи описали, как белок кинезин-5 действует как своего рода молекулярный мотор, помогая организовать митотическое веретено.
В конечном итоге их работа может иметь медицинские последствия, поскольку лучшее понимание деления клеток может привести к новым методам лечения рака, препятствующим размножению опухолевых клеток.Митотическое веретено включает тысячи микротрубочек, стержневидных структур с поляризованными концами, которые биологи называют «плюс-концы» и «минус-концы».
Поскольку микротрубочки существуют в большом количестве рядом друг с другом, подобно железнодорожным путям, они естественным образом перемещаются, смещаются и перекрываются. Вокруг центра шпинделя они в основном существуют в антипараллельной конфигурации, в которой их положительный и отрицательный концы указывают в противоположных направлениях; По направлению к его полюсам преобладает параллельная конфигурация, в которой их плюсовые и минусовые концы указывают в одном направлении.Чтобы разделить хромосомы на две появляющиеся клетки, самому веретену нужна биполярная структура, и поэтому микротрубочки должны быть отсортированы для совмещения с длинной осью веретена от полюса к полюсу.
Эта работа выполняется кинезином-5, который может связываться с двумя перекрывающимися микротрубочками, соединяя их, как полосу в букве H, и направляя их в соответствующие места.Для этого исследования исследователи подробно изучили физические силы, генерируемые моторным белком, поскольку он помогает организовать митотическое веретено.
Для сортировки кинезин-5 может связывать две антипараллельные микротрубочки, толкая их в противоположных направлениях, так что их отрицательные концы перемещаются от центра веретена к полюсам веретена. Сила, проявляемая кинезином-5 в этом процессе, ранее не измерялась.
Посветив лазерным светом на пластиковую бусину микроскопических размеров, прикрепленную к паре микротрубочек, связанных молекулами кинезина-5, команда отследила их активность и обнаружила, что эта сила является функцией перекрытия микротрубочек — чем длиннее перекрытие, тем большая сила. «Это способ, с помощью которого ячейка может регулировать количество силы, необходимое для построения хорошо сбалансированной структуры шпинделя», — говорит Форт.Кинезин-5 также может связывать параллельные микротрубочки, и исследователи обнаружили, что в этом случае он ведет себя иначе.
Вместо того, чтобы создавать толкающую силу, он создает силу сопротивления, которая может замедлить движение микротрубочек. И здесь снова эта сила возрастает с увеличением длины перекрытия микротрубочек.«Мы считаем, что кинезин-5 обладает способностью координировать скорость микротрубочек и предотвращать их слишком быстрое или слишком медленное движение», — говорит Форт, сравнивая белок с коробкой передач в автомобиле. «Это помогает координировать и регулировать скорость и расположение микротрубочек в веретене».
Поскольку многие молекулы кинезина-5 работают вместе, направляя микротрубочки, они становятся определяющей силой формирования веретена.«Эта работа представляет собой важный шаг вперед в наших усилиях по созданию с нуля аппарата динамического веретена из очищенных белков», — говорит Капур, старший автор. «Это также помогает показать, как белки нанометрового размера работают вместе, чтобы собрать сложные клеточные структуры, которые в тысячи раз больше, чем они сами».
