Клеточный биолог Томас Мареска и старший научный сотрудник Викаш Верма из Массачусетского университета в Амхерсте говорят, что они впервые непосредственно наблюдали и зарегистрировали в клетках животных путь, называемый зарождением ветвящихся микротрубочек, механизм клеточного деления, который были визуализированы в клеточных экстрактах и клетках растений, но не наблюдались непосредственно в клетках животных. Подробности появятся в этом месяце в Journal of Cell Biology.
В этой работе, поддержанной Национальным институтом общих медицинских наук NIH, исследователи намеревались изучить конкретную механику клеточного деления, которую Верма называет «правилами точного и полного деления», в клетках плодовой мушки. В частности, они хотят понять, как структуры, называемые микротрубочками, помогают определить, где клетка делится пополам в процессе деления.
Мареска объясняет: «Это изучалось в течение длительного времени, поскольку микроскопия позволяла наблюдать, как клетки делятся, но очень интенсивно в течение 40 или 50 лет. Какие сигналы указывают клетке, где делиться? Как знает ли клетка, где провести плоскость деления? Это конечный результат митоза, фактическое деление клетки на две части».
При нормальном клеточном делении хромосомы выстраиваются рядом с центром клетки, где структура, называемая веретеном, выравнивает копии каждой хромосомы, взаимодействуя с мостообразной структурой, называемой кинетохорой. Когда все хромосомы выровнены, микротрубочки расстегивают копии хромосом, как молния. Затем клетка физически делится в месте, расположенном между сегрегированными хромосомами, чтобы произвести две дочерние клетки, каждая с полной копией генома.
Визуализируя микротрубочки, часто описываемые как нано-магистрали, биологи заметили, что пространственный сигнал для определения местоположения плоскости деления требует микротрубочек, говорит Мареска. «Они растут, чтобы касаться краев внутри клеточной мембраны. Викаш обнаружил, что растущие кончики трубочек, «плюс-концы», которые касаются мембраны, говорят клетке: «Здесь нужно делиться». Регуляторные белки присоединяются к месту, с которым контактируют плюс-концы, и включаются в работу совершенно новые пути, образующие кольцо, которое сжимается, как кисетная нить, чтобы разделить одну большую клетку на две более мелкие».
Время также играет роль, как обнаружили исследователи. «Похоже, что все кончики микротрубочек обладают особой способностью запускать кисетный путь, - говорит Мареска, - но со временем что-то меняется, и только кончики в середине клетки сохраняют эту способность. Ссылаясь на работу, опубликованную в eLife в феврале, он добавляет: «Мы обнаружили то, что, по нашему мнению, является очень важным пространственным сигналом того, как клетка позиционирует свою плоскость деления».
Детальная визуализация поведения микротрубочек во время клеточного деления, как правило, затруднена тем фактом, что очень много микротрубочек растут и сжимаются одновременно по всей клетке, говорит Верма. «Это похоже на множество автомагистралей, сходящихся в одном и том же месте и в одно и то же время в веретене. Это похоже на карту автострад Лос-Анджелеса». Но с помощью мощного метода, называемого флуоресцентной микроскопией полного внутреннего отражения (TIRF), Верма смог более легко визуализировать динамические свойства отдельных микротрубочек. Мареска добавляет: «Мы перешли от напряженной пробки в Лос-Анджелесе к воскресной поездке по загородной дороге».
Именно тогда они стали свидетелями разветвления. Используя многоцветную микроскопию TIRF, исследователи теперь могли четко видеть и количественно определять процесс зарождения ветвящихся микротрубочек. Насколько им известно, это никогда раньше не визуализировалось в реальном времени в клетках животных. «Это было очень захватывающе», - вспоминает Верма.
Мареска говорит: «Когда вы видите такие прекрасные вещи прямо перед вашими глазами, вам просто нужно следовать за ними. Этот проект начался как исследование того, как клетки определяют, где они делятся, но мы так часто наблюдали это явление ветвления. и так ясно, что мы поняли, что должны рассмотреть его более внимательно. Мы не думаем, что вы могли бы видеть процесс ветвления так же хорошо в других модельных системах, как в клетках наших плодовых мушек. Это подчеркивает тот факт, что каждая модельная система имеет свои сильные и слабые стороны, и в этом случае наши клетки и фаза, на которой мы их визуализировали, просто предлагали уникально красивое представление о ветвлении с высоты птичьего полета Мы действительно могли видеть все это в реальном времени перед нашими глазами.."
Как только они смогли визуализировать весь процесс зародышеобразования ветвления в клетке, он добавляет: «Мы знали, что можем затем «пометить» белки, которые регулируют этот процесс, разными цветами для дальнейшей количественной оценки основных параметров явления. Внезапно мы поняли, что впервые наблюдаем подобное в клетках живых животных».
Разветвление ядра является фундаментальным и консервативным, одной из основных частей митоза, но его было трудно непосредственно визуализировать в других модельных системах, отмечает Мареска. «Ход этого проекта был напоминанием о том, что некоторые из самых захватывающих работ, которые мы делаем как ученые, незапланированы и, особенно для микроскопистов, начинаются с того, что вы видите, как что-то в клетке разворачивается прямо на ваших глазах».