Чрезвычайно нестабильный белок Cln3, по-видимому, является главным переключателем, который активирует деление клеток у почкующихся дрожжей. Концентрации Cln3 достигают достаточно высокого уровня, чтобы запустить процесс клеточного деления, когда скорость синтеза белка превышает скорость увеличения объема клетки. Ученые Гронингенского университета вместе с коллегами из Швейцарии опубликовали это открытие в журнале Nature Cell Biology 4 ноября.
Хотя клетки и не могут думать, они тем не менее должны «решить», делиться ли им или переходить в состояние покоя, в зависимости от условий окружающей среды. Три десятилетия назад было обнаружено, что комплекс циклинзависимых киназ (CDK) является основным регулятором цикла клеточного деления. Однако точный механизм, с помощью которого клетки принимают решение начать новый цикл деления, до сегодняшнего дня оставался неясным.
Колебания
Три года назад Матиас Хайнеманн, системный биолог из Университета Гронингена, продемонстрировал, что колебания клеточного метаболизма могут служить «проводником» клеточного цикла у почкующихся дрожжей. Его исследовательская группа обнаружила новую часть головоломки - дрожжевой белок под названием Cln3. Ранее было известно, что Cln3 образует комплекс с CDK и запускает процессы, побуждающие клетки инициировать новый цикл деления. «Однако, поскольку считалось, что концентрация Cln3 остается постоянной в течение цикла клеточного деления, было неясно, как CIn3 влияет на решение клеток делиться», - объясняет Хайнеманн. Кроме того, Cln3 очень нестабилен, и очень трудно измерить его концентрацию, потому что после образования он почти сразу же расщепляется.
Чтобы исследовать роль Cln3 в решении клеток начать новый цикл деления, Хайнеманн вместе со своей исследовательской группой, в которую входил его коллега Андреас Милиас-Аргейтис, применил альтернативный метод измерения скорости производства. CIn3 с течением времени. Как правило, рядом с геном Cln3 добавляют ген зеленого флуоресцентного белка (GFP). Это привело бы к флуоресценции, когда продуцируется Cln3-GFP. «Но в этом случае GFP быстро разрушается вместе с Cln3, и флуоресценция не может быть обнаружена», - объясняет Милиас-Аргеитис. Эта проблема была решена за счет включения дополнительного небольшого пептида между Cln3 и GFP. «Этот дополнительный пептид саморасщепляется и высвобождает GFP из Cln3, как только образуется новый слитый белок. Таким образом, Cln3 расщепляется, но GFP остается в клетке и может быть обнаружен». Таким образом, удалось измерить скорость образования Cln3.
Развязка
Афанасиос Литсиос, который является первым автором исследования и представил идею саморасщепляющегося пептида, провел многочисленные кропотливые измерения флуоресценции GFP в одиночных клетках, выращенных в микрофлюидном чипе и наблюдаемых под микроскопом, одновременно измеряя объемы клеток. Эти измерения показали, что концентрация Cln3 достигает пика до того, как клетка решает инициировать цикл деления. Измерения концентрации Cln3 проводились ранее, но, как объясняет Хайнеманн, только с помощью методов, которые усредняются по большим клеточным популяциям. «В этом случае пик концентрации Cln3 усредняется по популяции клеток».
Что примечательно в этом пиковом уровне белка, так это то, что он происходит во время фазы, когда темпы производства белка превышают увеличение клеточных объемов. Милиас-Аргейтис объяснил это следующим образом. «Это означает, что между синтезом белка и метаболическими процессами происходит разъединение, что приводит к увеличению объема клеток». Это разъединение могло бы объяснить некоторые из метаболических колебаний, которые Хайнеман наблюдал ранее и которые также играют роль в инициации цикла клеточного деления.
Интригующий
Результаты этого исследования показывают, что решение о начале цикла клеточного деления инициируется пиком концентрации Cln3, который, в свою очередь, обусловлен увеличением скорости синтеза белка. Возможно, этот процесс свидетельствует о механизме, который позволяет клетке «оценивать», благоприятны ли условия окружающей среды для производства белка - процесс, важный для клеточного деления. Хайнеманн заметил, что «наблюдение увеличения производства белка непосредственно перед тем, как клетки решают начать новый цикл деления, очень интригует. Нам придется изучить это, чтобы выяснить процессы, лежащие в основе этого увеличения, и, конечно же, какие молекулярные механизмы задействованы».