Деформации клеточных "рельсов" проливают свет на неврологические заболевания

Новая методика позволяет исследователям изучать, как деформация похожих на микроскопические рельсы белков клетки влияет на их функцию. Результаты могут прояснить роль деформированных микротрубочек при черепно-мозговых травмах и неврологических заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона.

Микротрубочки — это трубчатые белки, которые действуют как рельсы для перемещения других клеточных белков, транспортирующих молекулярный груз. При некоторых заболеваниях они деформируются, нарушая этот процесс. Однако ранее не существовало экспериментальной установки для детального изучения этого явления.

В исследовании, опубликованном в ACS Applied Bio Materials, биофизик Акира Какуго из Университета Хоккайдо и его коллеги разработали новую методику. Она позволила контролировать деформацию микротрубочек и наблюдать её влияние на транспортную функцию.

Микротрубочки были закреплены белками на эластичном "микрорастягивателе". Когда микрорастягиватель натянут, микротрубочки лежат параллельно поверхности без деформации. Постепенное ослабление натяжения вызывает их изгиб ("buckling").

Учёные присоединили к микротрубочкам моторные белки динеины. Внутри клеток динеины "шагают" по микротрубочкам, неся груз. В эксперименте динеины были соединены с флуоресцентным грузом. Затем исследователи наблюдали, как растяжение и ослабление микрорастягивателя влияет на движение динеина с грузом.

Ключевые результаты:

• Скорость движения динеина с грузом увеличивалась по мере начала изгиба микротрубочек, но только до определённого предела.
• При достижении деформации изгиба в 25% движущиеся белки и их груз начинали замедляться.
• При дальнейшем изгибе наблюдались полные остановки.
• Скорость движения также различалась на разных участках изогнутых микротрубочек.

Исследователи предполагают, что эти изменения в динамике микротрубочек могут лежать в основе их роли в регуляции множества клеточных процессов. В дальнейшем они планируют изучить, как деформация влияет на движение другого моторного белка — кинезина.

"Наша экспериментальная установка позволяет изучать взаимосвязь между деформацией микротрубочек и их биологическими функциями, — говорит Какуго. — Чем лучше мы понимаем этот процесс, тем ближе можем подойти к созданию новых биовдохновлённых материалов, способных действовать аналогичным образом".

"Также ожидается, что результаты помогут объяснить патологию черепно-мозговой травмы, которая механически воздействует на клетки, и неврологических состояний, таких как болезни Хантингтона и Паркинсона, при которых, как известно, нарушается работа микротрубочек", — добавила Сайеда Рубайя Насрин из исследовательской группы.