Механизм слияния клеток: как актин и динамин формируют выступы

Ученые из Юго-Западного медицинского центра UT выяснили, как тонкие полимеры актина приобретают механическую жесткость, необходимую для формирования выступов при слиянии клеток. Ключевую роль в этом процессе играет белок динамин. Исследование опубликовано в Nature Cell Biology.

Проблема: от гибких нитей к жестким выступам

Слияние клеток — ключевой процесс для развития, регенерации и физиологии многоклеточных организмов. На втором этапе слияния одна клетка образует пальцевидные выступы, которые внедряются в другую клетку. Известно, что за формирование выступов отвечает белок актин, который образует тонкие (7 нанометров в диаметре) и гибкие филаменты. Однако оставалось неясным, как эти филаменты становятся достаточно жесткими, чтобы протолкнуть выступ.

Роль динамина: эксперименты на клетках мускулатуры дрозофилы

Используя клетки мускулатуры дрозофилы в качестве модели, команда под руководством Элизабет Чен (Elizabeth Chen, Ph.D.) обнаружила, что в эмбрионах, лишенных функционального динамина, клетки не только не сливались, но и не формировали нормальные выступы. Это указало на ключевую роль динамина на данном этапе.

Механизм взаимодействия in vitro: связывание в пучки

При смешивании очищенных белков актина и динамина в равных частях исследователи с помощью микроскопии увидели, что филаменты актина организованы в пучки. Эти пучки удерживаются с регулярными интервалами динамином, который собирается в спираль. Каждая спираль динамина может захватить до 16 филаментов актина, связывая их по внешнему краю.

Динамический процесс: прочность и гибкость

В клетках, где много источников энергии, спирали динамина нестабильны и распадаются на отдельные единицы. Эксперименты показали, что при добавлении источников энергии к смеси актина и динамина спирали распадаются несинхронно. Пока одни спирали разбираются, другие остаются, удерживая пучки актина вместе и позволяя новым филаментам расти из областей, не связанных динамином. Этот динамический процесс приводит к формированию множественных взаимосвязанных параллельных пучков актина, что значительно увеличивает механическую прочность всей сети.

Эксперименты на клетках подтвердили, что именно этот динамический процесс объединения актина в пучки критически важен для формирования выступов и последующего слияния клеток.

Значение и перспективы

Хотя исследование проводилось на мышечных клетках, открытое взаимодействие между актином и динамином может играть ключевую роль и в других типах слияния клеток, например, в клетках, разрушающих костную ткань, или в иммунных клетках.

Дефекты этого процесса могут лежать в основе некоторых редких заболеваний, таких как центронуклеарная миопатия — состояние, при котором мышечные клетки образуют слишком мелкие волокна. Ранее было показано, что эту болезнь могут вызывать множественные генетические мутации в гене динамина.

«Нас интересует, как именно человеческие мутации блокируют процесс слияния. Это в конечном итоге может привести к новым способам вмешательства и помощи таким пациентам», — говорит Элизабет Чен.