Крошечный белок «сжимает» клетки и может быть ключом к делению

Белок, заставляющий скелет клетки изгибаться и позволяющий ей скручиваться в разные формы, может быть ключевым для процесса клеточного деления, как показали учёные Уорикского университета.

Заставляя цитоскелет изгибаться внутрь до плотной точки в центре, одна клетка делится на две — подобно тому, как скручивают шарик для моделирования. Белок, названный «кудрявым» (curly), впервые был замечен изгибающим материал, из которого состоит цитоскелет.

Их результаты, полученные при поддержке Европейского исследовательского совета и Wellcome Trust, опубликованы в журнале eLife и указывают на новые способы модификации и конструирования клеток, а также на лучшее понимание того, как они размножаются — процесса, необходимого всем живым организмам.

Все живое состоит из клеток, окружённых хрупкой и гибкой мембраной, похожей на шар. Её поддерживает цитоскелет, состоящий из материала под названием актин, который придаёт клеткам структуру и стабильность. Нити актина полугибкие и обычно прямые, и долгое время считалось, что они формируют структуры, складываясь вместе, как спички.

Во время деления клетка создаёт цитокинетическое кольцо — структуру из актина и моторных белков миозина — по центру окружающей мембраны. Затем миозины сжимают актиновые филаменты и сдавливают клетку посередине, пока она не разделится — как если бы делали фигурки из шарика, но изнутри.

До сих пор считалось, что актиновые филаменты, составляющие цитокинетическое кольцо, разрушаются по мере сжатия клетки. Междисциплинарная коллаборация профессора Мохана Баласубраманиана, доктора Сараванана Палани (ныне в Индийском институте науки) и доктора Дариуса Кёстера из Уорикского университета с удивлением обнаружила, что сегмент белка Rng2, получивший прозвище «кудрявый», может естественным образом изгибать актин: 10 микрометров актина формируют кольцо диаметром менее микрометра.

Это позволяет предположить, что «кудрявый» играет ключевую роль в том, чтобы цитокинетическое кольцо могло сжаться достаточно плотно для деления клетки.

Более 20 лет назад Rng2 был открыт одним из ведущих авторов, профессором Моханом Баласубраманианом, как важный белок в этом процессе, но только теперь исследователи сделали удивительное наблюдение, что он может сгибать актиновые филаменты в настоящие кольца. Rng2 относится к высококонсервативному семейству белков IQGAP, присутствующих от дрожжей до человека, поэтому результаты могут быть актуальны и для других клеток, включая человеческие.

Ведущий автор доктор Дариус Кёстер из Медицинской школы Уорика сказал: «Мы показываем, что если этот белок находится на мембране и мы полимеризуем там свежие актиновые филаменты, моделируя то, что происходит в цитокинетическом кольце, актин начинает изгибаться. Если это происходит в клетке, имеющей изогнутую поверхность, актин будет изгибаться».

«Насколько нам известно, нет других белков, выполняющих такую работу с отдельными филаментами. Если заглянуть внутрь клеток, там определённо есть изогнутые актиновые структуры, но считалось, что это стопки очень коротких прямых филаментов, упакованных вместе. Это открывает перспективу, что это могут быть геометрии и определённые органеллы, вокруг которых фактически намотан актин».

Исследователи использовали так называемый реконституционный подход, при котором они исследуют сложную систему, разделяя её на составные части, а затем собирают заново, чтобы выяснить роль каждого отдельного элемента.

Для этого исследования, финансируемого Европейским исследовательским советом и Wellcome Trust, они создали липидный бислой, представляющий клеточную мембрану, и экспериментировали с добавлением к нему различных белков, обычно находящихся на границе с цитокинетическим кольцом во время деления клетки. Затем они добавили актиновые филаменты и миозин, чтобы представить само кольцо. Именно при наличии «кудрявого» они наблюдали формирование актином сильно изогнутых структур — поведение, не характерное для таких экспериментов.

Это открывает возможность использования «кудрявого» в качестве инструмента для конструирования клеток разной формы. Учёные могли бы использовать его для модификации цитоскелета и скручивания клетки в новые формы, подобно моделированию из шариков.

Доктор Кёстер добавляет: «У нас очень мало инструментов для модификации клеточного кортекса, и впервые у нас есть способ создавать изогнутые актиновые структуры. Поскольку мы можем экспрессировать его в клетках и клетки на него реагируют, мы можем использовать его для изменения вида клеточного кортекса».

«Это может помочь нам по-настоящему понять, как изогнутый актин может деформировать мембраны, или использует ли клетка этот механизм для контроля определённых процессов. Похоже, существуют белки, которые любят скручивать и менять кривизну актина, и если это так, то весьма вероятно, что существуют другие белки, воспринимающие это как информационный сигнал».

Статья «Calponin-homology domain mediated bending of membrane-associated actin filaments» опубликована в eLife.