Септины собирают актиновые филаменты в кольцо для деления клеток

Исследователи из Института AMOLF (FOM), Марселя и Парижа показали, что для построения кольца из актиновых филаментов клеткам необходим белок септин. Это белковое кольцо критически важно для осуществления деления клетки. Результаты объясняют дефекты клеточного деления, связанные с мутациями в септине. 16 марта результаты исследования были опубликованы в Nature Cell Biology.

С помощью микроскопии живых клеток исследователи показали, что эмбрионы плодовой мушки, лишённые септина, больше не могут строить плотно упакованные сократительные кольца. На следующем этапе учёные очистили белок септин и в экспериментах in vitro продемонстрировали, как септин собирает клеточные актиновые филаменты в кольца.

Кольцо, которое всех разделяет

Деление клеток животных требует физического сжатия клеточной мембраны на две дочерние клетки. Сжатие обеспечивается сократительным кольцом из циркулярных актиновых филаментов, которое активно сокращается моторными белками миозина.

Хотя основные компоненты этого сократительного кольца известны, оставалось неясным, как кольцо собирается, и в частности, как жёсткие актиновые филаменты изгибаются в сильно искривлённое кольцо. Исследователи из группы проф. Гийсйе Кундерринк и группы из Марселя предположили, что белок септин играет ключевую роль в сборке кольца. Септины присутствуют в сократительном кольце делящихся клеток у организмов от простых одноклеточных дрожжей до человека. Известно, что дефицит септина вызывает дефекты клеточного деления.

Деление клеток в эмбрионах плодовой мушки

Чтобы выяснить, как септины участвуют в сборке сократительных колец, исследователи изучили эмбрионы плодовой мушки (Drosophila). Это удобная модель, поскольку можно наблюдать множество сократительных колец одного эмбриона одновременно, получая хорошую статистику.

Примерно через четыре часа после оплодотворения эмбрионы мухи имеют эллипсоидную форму и состоят из единой цитоплазмы с примерно шестью тысячами ядер под клеточной мембраной. В замечательном процессе, известном как клеточная инвагинация (cellularization), клеточная мембрана впячивается между всеми ядрами, и сократительное кольцо из актина и миозина собирается на переднем крае каждой впячивающейся мембраны. Кольца сжимаются и в конечном итоге замыкают все инвагинированные мембраны, образуя монослой эпителиальных клеток.

Чтобы определить роль септинов, исследователи из Марселя провели визуализацию живых клеток эмбрионов дикого типа (нормальных) и генетически модифицированных эмбрионов, лишённых септина. Мутантные эмбрионы всё же собирали актин и миозин на переднем крае инвагинирующих мембран, но белки не формировали круговых колец, и сжатие было нарушено.

Кольца в пробирке

Эксперименты in vivo чётко продемонстрировали, что септины необходимы для образования изогнутого и плотно упакованного кольца актиновых филаментов. Однако из-за сложного молекулярного состава клеток трудно сделать вывод о механизме образования кольца. Чтобы преодолеть эту проблему, исследователи из Амстердама и Парижа очистили септин и актиновые филаменты и изучили смеси этих белков с помощью флуоресцентной и электронной микроскопии. Они обнаружили, что септины способны собирать актиновые филаменты в плотно упакованные сократительные кольца.

Результаты дают механистическое объяснение ряду дефектов во время клеточного деления, вызванных истощением септина, таких как неправильное позиционирование цитокинетического кольца и многоядерность — образование клеток с более чем одним ядром.