Белок, связанный с раком, действует как вязкий клей при делении клетки
Избыток белка PRC1, необходимого для деления клетки, является характерным признаком многих типов рака, включая рак простаты, яичников и молочной железы. Новое исследование, опубликованное в Developmental Cell, показывает, что PRC1 действует как «вязкий клей» во время деления клетки, точно контролируя скорость разделения двух наборов ДНК. Это может объяснить, почему слишком много или слишком мало PRC1 нарушает этот процесс и вызывает геномные ошибки, связанные с раком.
«PRC1 создает вязкую силу трения, сопротивление, которое возрастает со скоростью», — сказал Скотт Форт. Это трение аналогично сопротивлению воды.
На уровне ДНК, моторных белков и микротрубочек биология берет пример с физики. Во время митоза клетка должна разделить две идентичные копии ДНК на две новые дочерние клетки. Это физический акт, и митотическое веретено — это машина, использующая механические силы.
«Мы считаем, что сила, создаваемая PRC1, интегрирует и гасит клеточные движения при разделении ДНК, чтобы в итоге получить правильную скорость сегрегации хромосом», — пояснил Форт. Если процесс нарушается, клетки получают неверные инструкции, что может привести к неконтролируемому росту рака.
Лаборатория Форта изучает физические силы, создаваемые компонентами клеточных структур, таких как митотическое веретено. Веретено формируется, когда два центросомы располагаются по обе стороны от хромосом. Плотная сеть микротрубочек окружает и соединяет хромосомы. Затем микротрубочки начинают укорачиваться и скользить, разделяя хромосомы.
PRC1 является «сшивающим агентом» — длинной упругой молекулой, которая связывает две микротрубочки вдоль их длины. В центре митотического веретена большие количества PRC1 связывают группы микротрубочек в пучки.
Команда создала контролируемую версию механизма скольжения микротрубочек в лаборатории и использовала метод оптического захвата для измерения силы трения, которую PRC1 оказывает между скользящими микротрубочками. Метод использует сфокусированный лазерный луч для воздействия на полистирольную бусину, прикрепленную к микротрубочке, и преобразует смещение света в прямую меру силы.
Исследователи также пометили PRC1 флуоресцентной молекулой, чтобы наблюдать за его движением, и использовали микроскопию полного внутреннего отражения для одновременной записи изображений и сил.
Форт и его коллеги обнаружили, что при добавлении большего количества белка в систему микротрубочки встречают большее сопротивление при увеличении скорости. По сути, PRC1 ведет себя как клей, удерживающий клетку вместе.
«Как и многие биологические процессы, это проблема Златовласки», — сказал Форт. — «Если у вас нет этого белка, у вас проблемы, потому что деление клетки нарушается. Если его слишком много, он, по нашему мнению, загущает всё и слишком сильно удерживает, что может быть связью этого белка с раком. В здоровом делении клетки есть "золотая середина", где количество белка точно контролирует скорость».
«Это исследование раскрывает внутреннюю работу фундаментального биологического механизма, что приближает нас к победе над раком», — сказал Керт Бренеман. — «Это тщательно и красиво спланированная работа, результаты которой закладывают основу для будущих противораковых стратегий».
Исследование «The mitotic crosslinking protein PRC1 acts like a mechanical dashpost to resist microtubule sliding» было опубликовано в Developmental Cell. Вместе с Фортом в работе участвовали аспиранты RPI Игнас Гаска, Эйприл Альфиери и студент бакалавриата RPI Мэйсон Армстронг.