Ученые из Института механобиологии Сингапура (MBI) при Национальном университете Сингапура (NUS) обнаружили, что кластеры кадгерина, которые хорошо известны тем, что образуют соединения между клетками, также играют роль в стабилизации клеточной коры. Исследование было опубликовано в научном журнале Current Biology 15 декабря 2016 года.
Новая роль кадгерина
Многоклеточная жизнь зависит от способности клеток прилипать друг к другу. Это происходит через межклеточные соединения, белковые комплексы, которые физически соединяют клетки друг с другом. В основе межклеточных соединений лежит белок кадгерин, который проходит через клеточную мембрану, торчащий из клетки, чтобы соединиться с кадгеринами соседних клеток. Кадгерин также прикрепляется к внутренней клеточной коре, плотному слою белков под клеточной мембраной, который состоит из двух основных компонентов: филаментообразующего белка актина, обеспечивающего структурную стабильность, и моторного белка миозина, обеспечивающего динамическое движение коры в зависимости от потребности клетки. Этот физический мост между клетками обеспечивает передачу как механических, так и биохимических сигналов через многоклеточные ткани.
Однако ученые наблюдали кластеры кадгерина на поверхности клеток, которые не участвуют в межклеточных соединениях. Хотя предполагалось, что эти несоединительные и неадгезивные кластеры кадгерина хранятся в резерве для укрепления или создания новых межклеточных соединений, фактическая функция этих кластеров оставалась неизвестной.
Обладая опытом в области клеточной адгезии и биологии развития, главный исследователь, ассистент профессор Ронен Зайдель-Бар и научный сотрудник д-р Ануп Падманабхан из MBI использовали эмбрионы нематоды C. elegans для исследования функции этих несоединительных кластеров кадгерина.. Пометив флуоресцентным маркером эквивалент червя кадгерина, белок под названием HMR-1, они смогли проследить его местоположение и движение с помощью живых изображений.
Сосредоточив свои исследования на зиготе, единственной оплодотворенной яйцеклетке, которая развивается в эмбрион, они обнаружили, что HMR-1 образует несоединительные, неадгезивные кластеры, подобные кадгерину. Несмотря на то, что эти непереходные кластеры HMR-1 не образовывали соединений вне клетки, они все же оставались внутри ассоциированными с актиновыми филаментами клеточного кортекса, но не с миозиновыми моторными белками. На самом деле, наличие несоединенных кластеров HMR-1 предотвращает корковое накопление миозина и снижает сократительную активность белков, которые управляют движением коры.
Чтобы определить, влияет ли непереходной HMR-1 на цитокинез - физический процесс, при котором клеточная кора вращается и сжимается, чтобы разделить клетку на две - ученые генетически изменили уровень HMR-1. Уменьшение количества HMR-1 приводило к более быстрому цитокинезу, в то время как повышение уровня HMR-1 замедляло его, демонстрируя, что эти несоединительные кластеры играют ключевую роль в регулировании движения клеточной коры. Анализ динамики коры во время клеточного деления показал, что кластеры HMR-1, прикрепленные к актиновым филаментам, эффективно обеспечивают сопротивление движению цитоскелета, действуя как структурные якоря, расположенные в клеточной мембране. Важность этого закрепления для поддержания целостности клеток стала очевидной после продолжительного наблюдения за эмбрионами с пониженным уровнем HMR-1, которые были уязвимы для расщепления коры, когда сегмент коры отрывается от клеточной мембраны.
По сути, несоединительные кластеры HMR-1 можно рассматривать как клеточные скобы, которые помогают прикрепить кору к клеточной поверхности. Трение от скоплений стабилизирует кору и замедляет корковый поток, предотвращая драматическую корковую деформацию, в то же время позволяя коре достаточно двигаться для фундаментальных процессов, таких как цитокинез..
Это новое открытие означает, что ученые должны пересмотреть свое понимание кадгерина. Важность non-junctional cadherin в стабилизации клеточного кортекса теперь должна рассматриваться наряду с классической функцией cadherin в поддержании межклеточных соединений. Эта свежая перспектива может открыть новые возможности для изучения роли кадгерина в здоровье и болезни.