Живые клетки полностью зависят от тубулина, белка, который образует полые трубчатые полимеры, называемые микротрубочками, которые формируют леса для перемещения материалов внутри клетки. Каркас микротрубочек на основе тубулина позволяет клеткам двигаться, удерживает вещи на месте или перемещает их. Когда клетки делятся, волокна микротрубочек разделяют хромосомы на новые клетки. Клетки с дефектами полимеризации тубулина погибают.
Волокна микротрубочек представляют собой полые стержни, состоящие из гораздо более мелких субъединиц тубулина, которые спонтанно собираются на одном конце стержня, но как именно они это делают в переполненной среде живых клеток, остается загадкой. Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе раскрыли механизм, который ставит эти блоки на место, проиллюстрированный новой анимацией.
«Это изменит представление людей о полимеризации микротрубочек», - сказал Джавдат Аль-Бассам, доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Колледжа биологических наук Калифорнийского университета в Дэвисе. Статья с описанием работы появилась 13 ноября в журнале eLife.
В работе описываются снимки набора доменов, называемых TOG, или опухолевых сверхэкспрессированных генов, захваченных в процессе полимеризации тубулина. Как следует из названия, TOG изобилуют быстро делящимися раковыми клетками. Они показывают сходную структуру в организмах от дрожжей до людей.
Работая с дрожжами, ученый Стэнли Нитианантам, Аль-Бассам и их коллеги показали, как белок под названием Alp14 с четырьмя доменами TOG ускоряет полимеризацию тубулина в микротрубочки, перенося четыре единицы тубулина на правильный конец микротрубочки и аккуратно выгружает их в правильном порядке, чтобы построить конец.
Alp14 представляет собой группу хорошо сохранившихся белков, которые необходимы для клеточного гомеостаза и деления клеток от дрожжей до клеток человека. Он состоит из связанного со сборкой гибкого линкера с двумя доменами TOG1 и двумя доменами TOG2. Добавьте четыре единицы тубулина (по две на домен TOG), и он образует круг, в котором TOG обращены друг к другу, а тубулины снаружи.
Когда круги TOG/тубулина достигают растущего конца микротрубочки, TOG1 стыкует свой тубулин с растущим концом, дестабилизируя круг так, что он разворачивается, размещая четыре тубулина по порядку на конце. Название было выбрано потому, что процесс похож на разворачивание сложенного паруса на лодке по ветру.
«Это полная неожиданность, что это такой упорядоченный, согласованный процесс», - сказал Аль-Бассам.
По мере того, как единицы тубулинов добавляются к нити микротрубочек, они выпрямляются, вызывая дальнейшую диссоциацию тубулинов от TOG. Процесс объясняет, как несколько TOG впервые ускоряют сборку тубулина.
Исследователи следят за этой работой, изучая мутантные белки Alp14, разработанные с предсказанными дефектами в этом процессе, чтобы проверить этот предполагаемый механизм с использованием подходов к визуализации динамической сборки тубулина в живых клетках и вне их. Исследователи планируют провести дальнейшие исследования этого процесса, в том числе с помощью криоэлектронной микроскопии, которая позволит им визуализировать отдельные белковые молекулы в их естественном состоянии.
Видео: