Исследователи из Дартмутского колледжа выяснили, как ключевой белок функционирует во время миллионов клеточных делений, происходящих в человеческом теле каждую минуту. В исследовании описываются два отдельных, но скоординированных тянущих действия, генерируемых белком динеином, которые обеспечивают здоровое деление клеток у людей и других организмов.
Исследование в Дартмуте впервые продемонстрировало, что динеин использует как боковые, так и конечные силы для выполнения своей работы во время митоза. Исследование также показывает, что динеин выбирает, какой механизм активировать, в зависимости от того, где белок находится внутри клетки.
Исследование, опубликованное в журнале eLife, посвящено динеину в пекарских дрожжах, организме, клетки которого функционируют аналогично клеткам человеческого организма. Исследование способствует пониманию механизмов, участвующих в размножении клеток, и проливает свет на загадку клеточного уровня, которая поставила исследователей в тупик.
«В течение почти двух десятилетий исследователи пытались понять, почему динеин ведет себя по-разному в дрожжах», - сказал Вей-Ли Ли, профессор биологических наук в Дартмуте. «Открытие двойной роли белка дает ответ на этот вопрос и позволяет нам узнать еще больше о регуляции динеина во время клеточного деления».
Динеин, называемый «древним моторным белком», широко известен своей ролью в переносе продуктов жизнедеятельности от нервных окончаний обратно к телам клеток спинного мозга. Белок также необходим для таких процессов, как эмбриональное развитие и стабильное поддержание стволовых клеток в базальных слоях кожи.
Во время клеточного деления динеин позиционирует митотическое веретено, сложный аппарат, который позволяет клеткам разделять генетический материал. Как только веретено выравнивается с помощью динеина, ДНК распределяется поровну, и две дочерние клетки могут выжить.
«Правильное позиционирование митотического веретена абсолютно необходимо для того, чтобы клетки были здоровыми, и именно динеин выполняет эту задачу», - говорит Сафия Омер, аспирант-исследователь, которая была ведущим автором исследования.
Для выполнения своей работы динеин использует два различных механизма вытягивания. Первый из этих механизмов, тяга «бок-на-бок», прикладывает латеральную силу к митотическому веретену, подобно натяжению веревки сбоку. Второй механизм, натяжение «концом вперед», тянет шпиндель за его конец, подобно тому, как измельчитель древесины втягивает бревно. Это тянущее действие с торца также тормозит движение шпинделя и заставляет его установить точно в правильное положение.
До исследования в Дартмуте исследователи не знали, почему динеин предпочитает один механизм другому в зависимости от того, в каком организме он находится.
"Мы были озадачены тем, почему дрожжевое действие "конец-на" не существует, но на самом деле оно существует. Все это время он ускользал от обнаружения, потому что этот механизм существует только для короткое время и в маленьком месте в камере», - сказал Ли.
В дополнение к открытию этой двойной роли динеина, исследование в Дартмуте демонстрирует, что белок активирует боковое растяжение только тогда, когда он находится по бокам клеточной мембраны, и тянет с конца, когда он сидит. на вершине клетки. Кроме того, исследование обнаруживает неожиданную роль клеточной структуры, известной как эндоплазматический ретикулум, в регуляции поведения динеина.
Согласно исследованию, роль динеина наиболее важна при создании асимметричных дочерних клеток, при этом одна трансформируется в тканевую клетку, а другая остается стволовой клеткой. Если мутация приводит к тому, что динеин неправильно позиционирует веретено, дочерние клетки будут иметь аномальную судьбу, что приведет к таким заболеваниям, как рак кожи или лиссэнцефалия, болезнь «гладкого мозга»..
«Фундаментальная наука, подобная этой, - это инвестиция в будущее», - сказал Сэмюэл Гринберг, студент бакалавриата в Дартмуте, который помогал в исследовании. «Понимание этих процессов может позволить исследователям создавать лекарства-кандидаты для решения конкретных проблем на пути».
Будущие исследования будут сосредоточены на том, как динеин переключается с одного механизма натяжения на другой, чтобы контролировать критический процесс деления клеток.