Клатрин определяет начало и геометрию кортикальных паттернов

Исследователи из Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура сообщают, что эндоцитоз, который ранее считался случайным процессом, на самом деле происходит скоординированно через коллективную динамику. Работа под руководством доцента У Миня показала, что основной эндоцитарный путь, опосредованный белком клатрином, начинается с периодических бегущих волн клатрина, которые были связаны во времени и пространстве с нижележащими волнами кортикального актина. Волны клатринового эндоцитоза были идентифицированы как вышестоящий инициатор волн кортикального актина. Работа была опубликована в Developmental Cell 20 ноября 2017 года.

Коллективная динамика — это естественное явление, которое возникает, когда динамика каждого индивида в группе синхронизируется, создавая коллективный визуальный и функциональный эффект.

Внутри клеток хорошо известна коллективная динамика цитоскелетного белка актина. Скоординированная сборка и разборка актина в клеточной коре, расположенной прямо под плазматической мембраной, генерирует кортикальные актиновые волны, которые критически важны для таких функций клетки, как миграция и полярность.

Хотя белки, участвующие в формировании кортикальных волн, были идентифицированы, факторы/процессы, которые запускают их начало или определяют направление их распространения, не были известны.

Роль клатрина в инициации кортикальных актиновых волн

Поскольку было обнаружено, что эндоцитарные белки, такие как F-BAR, играют роль в кортикальных актиновых волнах, исследователи стремились понять связь между эндоцитозом и этими волнами. Эндоцитоз — это фундаментальный процесс мембранного трафика, с помощью которого клетки поглощают внешние факторы, такие как белки и патогены. Одним из основных примеров является клатрин-опосредованный эндоцитоз (CME).

Используя чувствительную визуализацию живых клеток, команда заметила, что в некоторых популяциях клеток возникают эндоцитарные волны, инициируемые клатрином. Эти клатриновые волны были временно связаны и скоординированы с нижележащими волнами F-BAR и других регуляторных белков актина, таких как Cdc42 и N-WASP. Исследователи наблюдали, что для такой координации между эндоцитарными и кортикальными волнами требуется обратная связь между нижележащими белками F-BAR/Cdc42/N-WASP и клатрином.

Эта обратная связь, которая связывает инициацию эндоцитарных волн клатрином с кортикальными актиновыми волнами, аналогична группе людей, идущих по шаткому мосту. Движение моста усиливается, когда люди идут в ногу, что, в свою очередь, заставляет других синхронизировать шаг.

Аналогичную ситуацию можно представить для CME. В нормальных условиях нет координации между сборкой клатрина и кортикальными актиновыми волнами, поэтому CME происходит как случайный процесс. Однако эндоцитарные волны могут инициироваться клатрином через механизм положительной обратной связи между клатрином и нижележащими белками, включая регуляторные белки актина, а также мембранные белки, такие как PIP₃. По сути, это означает, что клатрин регулирует начало кортикальных актиновых волн.

Установление связи между эндоцитозом и кортикальными актиновыми волнами

Это исследование впервые сообщает о возникновении коллективной динамики эндоцитоза и показывает, как она регулирует начало кортикальных актиновых волн. Связь между эндоцитозом и генерацией кортикальных актиновых волн может дать более глубокое понимание того, как клетки поддерживают состав и динамику плазматической мембраны.