Симметрия — фундаментальная характеристика большинства многоклеточных животных. Однако деление клеток эмбриона асимметрично. Команда под руководством профессора доктора Эстер Занин из биологического факультета Университета Фридриха — Александра в Эрлангене — Нюрнберге (FAU) разработала рабочую модель, объясняющую молекулярный механизм, с помощью которого белок анилин контролирует асимметрию во время сужения родительской клетки. Поскольку в опухолевых клетках обнаруживаются большие количества анилинов, предполагаемый механизм может открыть путь к новым типам лечения рака.
Статья [опубликована](https://rupress.org/jcb/article/224/6/e202405182/277406/Anillin-mediates-unilateral-furrowing-during) в Journal of Cell Biology.
Наблюдение за делением клеток
Деление клеток можно наблюдать в режиме реального времени с помощью оптического микроскопа. В начале процесса на экваторе родительской клетки формируется кольцо из нитевидных актиновых белков, которое симметрично сужается.
По мере продолжения процесса кольцо становится асимметричным, что означает, что оно сокращается сильнее в одной точке, чем на противоположном конце. Диаметр кольца продолжает уменьшаться, пока разделение родительской клетки не будет завершено.
До сих пор исследователи не знали, что вызывает асимметрию кольца. Было известно, что процесс контролируется механическим потоком движения актиновых волокон и белком анилином. Без влияния анилинов кольцо сокращается симметрично.
Исследование в лаборатории профессора Занин
В лаборатории профессора Занин на кафедре экспериментальной молекулярной клеточной динамики в FAU исследуют первое деление клеток эмбрионов нематоды Caenorhabditis elegans. Хотя клетки можно фотографировать, их длина составляет 50 тысячных миллиметра (мкм), а ширина — 20 мкм, изображения с оптического микроскопа недостаточно высокого качества, чтобы можно было наблюдать процесс на молекулярном уровне. Однако можно пометить компоненты сократительного кольца флуоресцентными белками, сделав их видимыми в флуоресцентном микроскопе.
Михаил Лебедев, ведущий автор исследования, создал в эмбрионе нематоды генетически модифицированные мутации анилинов (которые состоят из 1159 аминокислот), где были модифицированы области стыковки белка. Процесс деления клеток каждого варианта белка и сужение кольца документировали с помощью фотографий каждые 15 секунд.
Исследователи обнаружили, что на большой молекуле есть две области (домены), которые влияют на асимметрию кольца: сферический складчатый (глобулярный) домен и очень гибкая область несвёрнутых аминокислотных цепей.
Механизм контроля асимметрии
Кольцо сужается, когда его актиновые волокна переплетаются друг с другом под воздействием «моторного белка» миозина. Сам миозин должен быть активирован активной разновидностью белка переключения RhoA, чтобы выполнять свою функцию как мотор. У белка переключения есть область, которая может переключаться между двумя различными состояниями, где активная форма активирует миозин, а неактивная форма — нет.
Команда профессора Занин смогла продемонстрировать, что анилин не влияет на функцию переключения RhoA, а просто делает активную форму переключателя недоступной. Когда глобулярный домен анилинов стыкуется с активным белком переключения RhoA, он препятствует связыванию других белков, и «мотор» миозин остаётся неактивным. Это связывание усиливается гибкой областью анилинов. Оба явления приводят к замедлению сокращения на одной стороне кольца и, таким образом, к асимметрии.
Глобулярная и гибкая области молекул анилинов, очевидно, влияют на асимметрию кольца. Команда профессора Занин предполагает, что гибкая область анилинов «обнаруживает» механические токи актиновых волокон каким-то образом и адаптирует связывающую способность глобулярного домена.
Сильные токи создают слабую связь между сферическим доменом анилинов и RhoA, что означает, что переключатель «включён», моторный белок миозин активирован, и кольцо в этой области сокращается сильнее, чем на противоположном конце. Это неизбежно приводит к асимметрии.
В отличие от этого, слабые токи создают сильные связи с RhoA, что ослабляет сокращения. Скорость потока актиновых волокон, очевидно, оказывает большое влияние на асимметрию сужающегося кольца. Как гибкая область белка анилинов «обнаруживает» этот ток и передаёт эту информацию глобулярному домену, станет предметом дальнейших фундаментальных исследований.
Общее происхождение всех животных привело к тому, что асимметричное сужение кольца наблюдается не только у нематод, но и в клетках кожи человека. Это означает, что данное исследование может быть важным для нашего понимания защитной функции клеток кожи человека или сдерживания опухолевых клеток, например.
Предоставлено [Университетом Фридриха — Александра в Эрлангене — Нюрнберге](https://phys.org/partners/friedrich—alexander-university-erlangen—nurnberg/)