Срочные новости раздела
Ученые МГУ определили механизмы непрерывного разрушения и сборки внутреннего белкового скелета живых клеток

Ученые МГУ определили механизмы непрерывного разрушения и сборки внутреннего белкового скелета живых клеток

Коллективом ученых НОШ «Фотонные и квантовые технологии. Цифровая медицина», целиком состоящим из сотрудников и выпускников физического факультета МГУ, была сформулирована теория и выполнены прецизионные эксперименты, позволяющие лучше понять механизмы необычного поведения жизненно важных белковых трубок, составляющих основу клеточного скелета.

Каждая живая клетка грибов, растений и животных имеет внутренний скелет, который организует внутриклеточное пространство, придает клетке форму и необходимую жесткость, помогает ей двигаться и транспортировать вещества и органеллы. Один из основных компонентов клеточного скелета – белковые трубки диаметром 25 нм и длиной от сотен нанометров до десятков, а иногда и сотен микрометров. Эти полимеры, называемые микротрубочками, важны для выполнения транспортных и механических функций клеточного скелета. Однако такие структуры обладают еще и замечательным свойством непрерывно удлиняться или укорачиваться, спонтанно переключаясь между этими состояниями. Это позволяет клетке постоянно обновлять свой внутренний скелет, изменять форму, реагировать на внешние воздействия и даже перемещать хромосомы во время клеточного деления.

Необычное поведение микротрубочек известно науке уже более 30 лет. В учебники давно вошла теория, которая объясняет способность этих полимеров переключаться от сборки к разборке и обратно потерей или приобретением специальной структуры – стабилизирующей шапки из тубулинов, связанных с молекулами гуанозинтрифосфата (ГТФ). Однако в последние годы стало понятно, что эта теория по крайней мере не полна. Например, наличие или отсутствие стабилизирующей шапки не объясняет «старение» микротрубочек, их склонность со временем все чаще переключаться между сборкой и разборкой, а также не позволяет понять, почему эта структура может многократно переключаться к сборке на одной и той же длине.

Биофизики МГУ – сотрудники НОШ «Фотоника» при поддержке РНФ построили новую компьютерную модель, которая объединила идею стабилизирующей шапки на конце собирающейся микротрубочки с предположением, что на динамическое поведение микротрубочки влияет структура ее конца. Для этого ученые учли, что микротрубочка состоит из 13 цепочек продольно связанных тубулинов – протофиламентов. При этом каждый протофиламент в равновесии имеет изогнутую форму, но в теле микротрубочки они выпрямлены за счет боковых связей друг с другом, так что лишь их небольшие участки, между которыми нет связей, остаются изогнутыми на самом конце микротрубочки. Именно данная зона, согласно предсказаниям построенной модели, имеет первостепенное значение для управления поведением всего полимера. Разработанная модель хорошо согласуется с новейшими структурными данными и позволяет предположить универсальный механизм связывания хромосом как с растущими, так с укорачивающимися микротрубочками во время клеточного деления.

Авторы работы также обнаружили, что на процесс переключения микротрубочек от разборки к сборке сильно влияют повреждения их решетки при контакте с другими объектами. Для этого с помощью метода фотолитографии были созданы микропьедесталы на поверхности покровного стекла. Ученые впервые с помощью оптической микроскопии наблюдали сборку и разборку микротрубочек, которые были изолированы от поверхности покровного стекла в очищенной системе.

«Этот эксперимент показал, что изолированные микротрубочки практически не способны самостоятельно спонтанно переключаться от разборки к сборке. Иными словами, “случайное приобретение” стабилизирующей шапки, постулируемое ранее широко принятой моделью, оказывается крайне маловероятно. По всей видимости, в живых клетках переключение микротрубочек от разборки к сборке вызывают в основном внешние факторы, такие как вспомогательные белки или механические воздействия на микротрубочки», – пояснил руководитель проекта, старший научный сотрудник кафедры биофизики физического факультета МГУ Никита Гудимчук.

Опубликованные результаты устраняют накопленные противоречия между теорией и экспериментальными данными о структуре и динамике микротрубочек и дают более полное понимание механизмов поведения клеточного скелета – одной из наиболее древних и многофункциональных клеточных систем.

Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS)Источник: msu.ru

Источник: sci-dig.ru

Последние записи - Наука

самые читаемые новости

#Наука

Ученые из Стокгольмского университета (Швеция) определили белок, который использует таксоплазма, чтобы «перепрограммировать» иммунную систему. Это помогает паразиту быстро распространяться в организме
подробнее...

Новый метод управления синтетическими генами, разработанный учеными из Массачусетского института технологий (MIT, США), может помочь в тонкой настройке производства моноклональных антител, которые
подробнее...

Ученые физического факультета МГУ совместно с коллегами из университета Ахена (DWI, RWTH) сконструировали аналог мембраны клетки из особого гребнеобразного полимера и описали его свойства с помощью
подробнее...

Группа ученых, в которую вошли биологи Санкт-Петербургского государственного университета, обнаружила шесть новых видов раковинных брюхоногих моллюсков на подводном вулкане Пийпа и Корякском склоне
подробнее...

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) и Тюбингенского университета (Германия) изучили влияние сна на формирование и перевод первичных воспоминаний о чем-то страшном в
подробнее...

На основе усниновой кислоты, выделенной из лишайников, российские ученые синтезировали вещества, подавляющие рост трех разных штаммов COVID-19. Эти соединения, связываясь с белками на поверхности
подробнее...

Ученые Санкт-Петербургского государственного университета установили закономерности изменения формы и размера наночастиц, используемых в тераностике (инновационной области медицины), за счет
подробнее...

Учёные из Сколтеха показали, что при окукливании у насекомых активируются те же гены, что и на стадии эмбрионального развития в яйце. Открытие позволяет лучше понять, как в ходе эволюции некоторые
подробнее...

Физики из Франкфуртского университета им. Гёте (Германия) смоделировали более миллиона уравнений состояния и пришли к такому выводу: у «легких» нейтронных звезд может быть мягкая мантия и жесткое
подробнее...

Человеческий организм представляет собой сложную систему из большого числа клеток, которые координируют свою жизнедеятельность в рамках единой системы. После получения различных глубоких, открытых
подробнее...

Физики из RIKEN и их коллеги из Германии, США и Японии сообщили о достоверном наблюдении девяти событий, соответствующих рождению богатого нейтронами изотопа натрия-39. Этот результат поможет
подробнее...

Собранные в ходе недавнего исследования данные показывают, что концентрация сперматозоидов у мужчин сократилась вдвое за последние 40 лет, и темпы снижения ускоряются.Оплодотворение яйцеклетки in
подробнее...

Группа ученых, возглавляемая кристаллографами Санкт-Петербургского университета, смогла синтезировать в лаборатории аналог самого сложного со структурной точки зрения минерала Земли — юингита. Юингит
подробнее...

Сотрудники подведомственных Минобрнауки России Научно-исследовательского института биомедицинской химии (ИБМХ) им. В.Н. Ореховича и РУДН совместно с коллегами из Университета Танта (Египет) создали
подробнее...

Нестероидные противовоспалительные средства могут усугубить воспаление при артрите. К такому выводу пришли американские ученые, проанализировав связь между применением НПВС и прогрессом заболевания у
подробнее...

Группа ученых, в которую входят исследователи из Австралии и России, обнаружила, что старейшие крупные организмы в мире, жившие более 550 миллионов лет назад, питались бактериями и водорослями со дна
подробнее...

Российские ученые открыли новое физическое явление, с помощью которого можно управлять свойствами алмазов. Поворачивая пластинку, через которую проходит луч, они изменяли плоскость колебания света, то
подробнее...

Муравей из куска балтийского янтаря возрастом около 35 миллионов лет, хранящегося в Музее сравнительной зоологии Гарвардского университета, оказался самым древним представителем семейства Dorylinae.
подробнее...