Микротрубочки – это динамические структуры цилиндрической формы, которые являются одним из компонентов внутриклеточного скелета, то есть цитоскелета. Стенки этого полого цилиндра образованы тонкими белковыми нитями – протофиламентами. Они состоят из молекул α- и β-тубулина, которые соединяются между собой, образуя димер. Эти белки собираются в длинные цепочки, образуя жесткую полимерную структуру. При этом один конец микротрубочек, как правило, стабилен, а другой – динамичен: он постоянно меняет длину, то удлиняясь путем присоединения молекул тубулина, то укорачиваясь, отсоединяя их. Такое поведение помогает микротрубочкам осуществлять поиск, захват и перемещение хромосом во время клеточного деления, обеспечивая их расхождение к дочерним клеткам. Кроме того, по ним, как по рельсам, передвигаются моторные белки – динеины и кинезины, которые переносят вещества в разных направлениях. Микротрубочки также важны для миграции клеток и расположения внутриклеточных органелл.
«Мы обнаружили и обосновали новый механизм сборки микротрубочек – важнейших элементов внутреннего динамического скелета клетки, которые отвечают за многие ключевые процессы», – сообщает со-руководитель проекта Никита Гудимчук, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры биофизики Физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова.
В ходе исследования ученые использовали метод, который называется электронной томографией. Он позволяет получать трехмерные изображения даже таких маленьких структур как микротрубочки. Этот метод показал, что при их росте в пробирке и в клетке происходит отклонение концов протофиламентов от основной оси цилиндра. Предыдущие работы показывали лишь прямые структуры, без изгибов. Ученые также доказали, что подобные искривления возникают не из-за высокого давления или понижения температуры. Это естественное состояние микротрубочек при их сборке, о котором ранее не было известно. Механизм нового способа сборки микротрубочек биофизики объяснили, прибегнув к компьютерному моделированию. Согласно проведенным ими расчетам, для того чтобы часто смыкать изогнутые протофиламенты на растущем конце и таким образом удлиняться, микротрубочкам достаточно энергии тепловых колебаний.
Картинка: электронные томограммы (слева) и реконструированные по ним модели растущих концов микротрубочек в различных организмах (справа): в животных клетках (РТК), в растительных (Arabidopsis), в одноклеточных водорослях (Clamidomonas) и в дрожжах (S. cerevisiae и S. pombe). Реконструкция предоставлена Никитой Гудимчуком.
«Наше исследование имеет фундаментальную и прикладную значимость. Понимание процесса сборки микротрубочек позволит узнать, каким образом он регулируется другими белками в клетке, и как микротрубочки могут развивать силы для деления хромосом во время клеточного деления. Дальнейшие исследования будут направлены на более подробное изучение механизмов сборки микротрубочек. Детальные знания об этом процессе открывают перспективы для создания новых противоопухолевых препаратов, нацеленных на остановку деления раковых клеток за счет подавления динамики микротрубочек», – подводит итог Никита Гудимчук.
