Большинство людей никогда не слышали о них, и тем не менее каждое живое существо нуждается в них, чтобы выжить: тонкие выступы клеток, известные как реснички. Они позволяют сперматозоидам двигаться, образуют тонкие защитные волоски в легких и играют решающую роль в дифференцировке органов у эмбрионов. Исследовательская группа Мюнхенского технического университета (TUM) реконструировала белковый комплекс, ответственный за транспорт внутри ресничек, который играет решающую роль в их функционировании.
Жгутиконосцы нуждаются в них, чтобы двигаться, аскариды, чтобы найти пищу, и сперматозоиды, чтобы двигаться к яйцеклетке: реснички. Эти разрастания эукариотических клеток даже гарантируют, что человеческое сердце окажется в нужном месте - реснички контролируют развитие органов растущего плода. «Эта многофункциональность просто завораживает», - говорит доктор Зейнеп Октен, биофизик физического факультета Мюнхенского технического университета.
Только в последние годы было признано значение ресничек для передачи сигнала. «На сегодняшний день мы очень мало знаем о том, какие биохимические процессы контролируют различные функции. Это делает понимание основных механизмов еще более важным», - подчеркивает ученый.
Зеленые точки в фокусе
Ученый подносит к свету стеклянную пластинку с тонкими, заполненными жидкостью капиллярами. Там особо не на что смотреть - просто чистая и прозрачная жидкость. Только под флуоресцентным микроскопом становится видно движение соединений, помеченных красителем: зеленые точки, все стремящиеся в одном направлении.
Как по шоссе, транспортные белки мигрируют по тонким каналам ресничек. Но как именно запускаются эти двигатели, до сих пор оставалось загадкой. Вот почему Зейнеп Октен и ее команда решили реконструировать белковый комплекс.
Снизу вверх, а не сверху вниз
Строительные блоки белкового комплекса происходят из модельного организма нематоды Caenorhabditis elegans. Он использует свои реснички, чтобы находить пищу и обнаруживать опасности. Биологи уже идентифицировали десятки белков, влияющих на функцию ресничек нематод.
"Здесь классический нисходящий подход достигает своих пределов, потому что задействовано слишком много строительных блоков", - объясняет Октен. «Чтобы понять внутрижгутиковый транспорт, сокращенно IFT, мы выбрали противоположный подход, изучая отдельные белки и их взаимодействия снизу вверх».
Иголка в стоге сена белка
Работа напоминала пресловутый поиск иголки в стоге сена. Под вопросом оказались различные молекулярные соединения. После месяцев экспериментов исследователи наткнулись на минимальную комбинацию из четырех белков. Как только эти белки сливаются в комплекс, они начинают мигрировать по капиллярам носителя образца.
«Когда мы увидели изображения с флуоресцентного микроскопа, мы сразу поняли: теперь мы нашли части головоломки, которые запускают двигатель», - вспоминает Октен. «Если хотя бы один из этих компонентов отсутствует, например, из-за генетического дефекта, механизм выйдет из строя, что из-за важности ресничек отражается в длинном списке серьезных заболеваний».
Работа финансировалась Европейским исследовательским советом и Немецким исследовательским фондом (DFG) в рамках Кластера передового опыта Мюнхенского центра комплексных исследований белков (CIPSM).