Новое понимание клеточного деления: исследователи создают минимальную систему

Все живые организмы состоят из клеток, которые возникли из других живых клеток в процессе клеточного деления. Однако до сих пор не до конца понятно, как именно происходит этот важный процесс.

Учёные из Института биохимии Макса Планка (MPI) в Мартинсриде под Мюнхеном разработали минимальную биологическую систему, объединяющую ключевые компоненты аппарата клеточного деления. С помощью этой минимальной модели исследователи смогли детальнее изучить задействованные биофизические механизмы. «Наша модель может помочь в разработке и тестировании новых методов лечения болезней, вызванных ошибками в клеточном делении», — сказал учёный MPI Свен Фогель. Результаты исследования опубликованы в новом журнале eLife.

Исследователи отдела «Клеточная и молекулярная биофизика» пытаются воссоздать структуры клетки с помощью модульного подхода. Их цель — шаг за шагом наблюдать и визуализировать основные механизмы живых систем. «Мы стремимся собрать всё больше строительных блоков из природных и синтетических биомолекул, пока, наконец, не получим перед собой минимальную версию клетки», — сказала Петра Швилле, директор MPI. Используя этот подход, учёным удалось детальнее исследовать процесс клеточного деления.

Создание двух из одного

Во время клеточного деления и генетическая информация, и цитоплазма должны быть правильно распределены между двумя дочерними клетками. Кроме того, вновь созданные клетки должны быть физически отделены друг от друга. Важным компонентом этой машинерии деления является клеточный кортекс. Этот слой расположен непосредственно под клеточной мембраной и состоит из тонкого слоя нитевидных белковых цепей — так называемых актиновых филаментов. Во время самого процесса деления миозиновые моторы из внутренней части клетки оказывают усилие на актиновые филаменты, заставляя клеточный кортекс сжиматься посередине и в итоге разделяться.

Исследователи из Института Макса Планка создали искусственный минимальный актиновый кортекс (MAC), на котором можно точнее изучать физические явления. Для этого учёные объединили только самые важные компоненты аппарата клеточного деления, создав синтетическую минимальную систему. Такая система представляет собой сильно упрощённую модель сложных процессов. В природе, напротив, клетки развивались в течение миллионов лет и не были точно спроектированы и построены. «По этой причине некоторые процессы могут быть сложнее, чем это теоретически необходимо, — сказал биофизик Свен Фогель. — Эта сложность часто делает практически невозможным детальное изучение основных механизмов».

Одним из результатов, который выявила минимальная система, стало то, что добавление миозиновых моторов к MAC вызывает формирование паттернов актина. Более того, миозиновые моторы разрывают отдельные актиновые филаменты на фрагменты и уплотняют их. Исследователи из Мартинсрида уверены, что искусственные минимальные системы внесут вклад в детальное понимание клеточного деления. Фогель добавил: «Наши выводы и минимальные системы могут помочь в разработке и тестировании новых методов лечения болезней, вызванных ошибками в клеточном делении».