Биологи реконструировали процесс сборки микротрубочек, составляющих клеточные стенки и веретена деления
Исследователи из Принстонского университета впервые определили точную молекулярную последовательность («рецепт»), необходимую для сборки и ветвления микротрубочек — ключевых структур клеточного скелета. Работа опубликована в журнале eLife.
Сборка без инструкций
Микротрубочки — это «кирпичи и раствор» клетки, они формируют клеточные стенки и веретена деления при митозе и мейозе. Однако механизм их ветвления (когда новые микротрубочки растут от существующих) оставался неясным около десяти лет.
«Недостающим элементом было это ветвление микротрубочек — то, что они растут не только линейно, но и ветвятся, создавая "фейерверки"», — сказала Сабина Петри, доцент молекулярной биологии.
Хотя команда ранее определила необходимые для сборки белки (TPX2, augmin и γ-TuRC), точный порядок их присоединения оставался загадкой.
Междисциплинарный прорыв
Аканкша Тавани, аспирант по химической и биологической инженерии, провела детальный анализ процесса. Используя микроскопию полного внутреннего отражения (TIRF), она смогла визуализировать область толщиной всего 100 нанометров (в 500 раз тоньше человеческого волоса) и отследить присоединение отдельных молекул.
«Глядя на отдельные молекулы, мы можем буквально наблюдать за сборкой по частям», — отметил Джошуа Шаевич, профессор физики.
Тавани создала компьютерную модель на основе точных измерений скорости и мест присоединения белков. Модель исключила все возможные последовательности, кроме одной.
Неожиданный результат
Эксперименты, потребовавшиеся рецензентами журнала, привели к неожиданному открытию: предполагаемый порядок был обратным.
«Мы думали, что сначала должен быть augmin, а затем TPX2, но оказалось наоборот», — сказала Тавани.
Полный «рецепт» ветвления: сначала TPX2 осаждается на существующие микротрубочки, затем к нему присоединяется комплекс augmin с γ-TuRC, после чего зарождается и начинает расти новая микротрубочка.
Скорость связывания белков точно соответствовала предсказаниям компьютерной модели Тавани.
Значение работы
«Эта работа Петри — действительно важное дополнение, которое поможет двинуть область вперед», — сказал Дэниел Нидлман, профессор Гарвардского университета.
Исследование стало примером успешного междисциплинарного сотрудничества: среди четырёх авторов — три руководителя лабораторий в областях биологии (Петри), инженерии (Ховард Стоун) и физики (Шаевич).
«Вся система сработала: возвращение к давнему вопросу, объединение профессоров из трёх областей, процесс рецензирования», — заключила Петри.