Клеточное деление управляется несколькими осциллирующими белками
Новое исследование поднимает изучение биологических ритмов на новый уровень — до клеточного цикла. Учёные из Университета Рокфеллера предположили, что упорядоченная последовательность событий при делении клетки контролируется главным осциллятором, который координируется с независимыми осцилляторами, управляющими отдельными событиями. Их модель предполагает, что эта упорядоченная организация аналогична тому, как наши циркадные ритмы синхронизируются со световым циклом среды.
Деление клетки — это сложный цикл из многих этапов (репликация ДНК, формирование веретена деления, митоз и другие), которые должны происходить в правильном порядке, чтобы предотвратить аномальную гибель клеток и образование рака. Исследование сосредоточено на активности двух белков в сердце системы контроля клеточного цикла и показывает, что в цикле существует не один, а несколько независимых процессов, поддерживающих порядок. Работа предполагает, что автономные осциллирующие белки могут координировать события клеточного цикла через явление «фазовой синхронизации» (phase-locking).
«Наше исследование предполагает, что современный эукариотический клеточный цикл может начинаться с множественных осцилляторных модулей», — говорит Ин Лу, ведущий автор работы. — «Эта модульность может обеспечивать функциональную устойчивость деления клетки».
В центре системы контроля находится белок циклин-зависимая киназа (Cdk); его независимая осциллирующая активность может задавать темп и порядок событий цикла. Исследователи предположили, что если осцилляция Cdk — единственный «метроном» цикла, то её блокировка должна остановить весь процесс.
В экспериментах, опубликованных в Cell, они проверили гипотезу, наблюдая за другим ключевым белком — Cdc14. В норме Cdc14 покидает ядрышко, активируется и начинает противодействовать Cdk при выходе клетки из митоза. Используя количественную микроскопию с временны́м разрешением, учёные зафиксировали этот процесс. Затем они заблокировали осцилляцию Cdk и явное прогрессирование клеточного цикла. Неожиданно периодическая активация/инактивация Cdc14 продолжилась, как в нормально делящейся клетке. Также был обнаружен путь отрицательной обратной связи, лежащий в основе этого осциллятора Cdc14, что указывает на наличие в клеточном цикле нескольких автономных «водителей ритма».
Существование этих осцилляторов ставит новый вопрос: как осцилляторы с разными внутренними частотами координируются друг с другом для формирования согласованного прогрессирования цикла? Эксперименты показывают, что хотя активность Cdc14 осциллировала при постоянном уровне Cdk, её частота контролировалась несколькими разными активностями Cdk. Это указывает, что автономные осцилляторы клеточного цикла могут координировать друг друга через фазовую синхронизацию. Такая система, аналогичная тому, как цикл день-ночь синхронизирует наши циркадные часы, помогает объяснить эволюцию клеточного цикла и обеспечивает его точность и надёжность.
«Мы считаем, что множественные осцилляторы, существующие в клеточном цикле независимо, могут достигать согласованности через взаимодействия, влияющие на их частоты», — заключает Ин Лу.