Пенсионный советник

Внутриклеточное перетягивание каната

Молекулярный внутриклеточный транспорт похож на «перетягивание каната»

Пётр Смирнов 21.03.2008, 12:52

Внутриклеточный наномир во многом похож на наш. Правда, то, что мы называем играми, для них — рабочие будни. В частности — транспорт вдоль микротрубочек, работающий, как выяснилось, по принципу перетягивания каната. Команды пользуются и «грязными» методами.

Транспорт веществ в клетках нашего организма во многом напоминает движение по дорогам, в котором молекулы специальных белков выступают в роли грузовиков. В качестве хайвеев выступают микротрубочки, пронизывающие всю клетку.

Но работа нанопереносчиков значительно сложней их механизированных коллег по цеху. Во-первых, им приходится проталкиваться через микроокружение в связи с отсутствием на субклеточном уровне «правил движения», а во-вторых, расстояние, на которое они могут перенести груз, ограничено длиной микротрубочки.

Ученые из Института коллоидов имени Макса Планка в Потсдаме, смоделировавшие эту систему, считают, что им еще и приходится бороться друг с другом за груз, который они переносят.

Во внутриклеточном переносе груза участвуют два типа белков — кинезины и динеины. Кинезиновые «двигатели» перемещаются по направлению к условно называемому «положительному» концу микротрубочки, тогда как динеины — к «отрицательному». Прежде учёные полагали, что существует какой-то способ намеренного переключения между этими системами. Однако, как показали немецкие исследователи, выигрывает просто самая сильная команда.

Соревнование между разными молекулярными моторами. Синий груз транспортируется двумя командами по желтой микротрубочке. Красная команда – к положительному концу – зеленая к отрицательному. Когда тащат обе команды, груз остатся на месте. Как только у одной команды возникает преимущество, груз незамедлительно смещается в том направлении. // Melanie Mueller / MPI of Colloids and Interfaces
Соревнование между разными молекулярными моторами. Синий груз транспортируется двумя командами по желтой микротрубочке. Красная команда – к положительному концу – зеленая к отрицательному. Когда тащат обе команды, груз остатся на месте. Как только у одной команды возникает преимущество, груз незамедлительно смещается в том направлении. // Melanie Mueller / MPI of Colloids and Interfaces

Мелани Мюллер, одна из авторов работы, считает, что «перетягивание каната — самый удачный пример». Именно так всё и происходит, если экспериментально измерить свойства отдельных белков. Как отметила ученый, производимое ими при «перетаскивании» действие не только линейное. Белок из проигрывающей команды попадает под воздействие силы, которая «выбрасывает» его с микротрубочки. Естественно, в его команде остается всё меньше членов, а потому они по одному и вылетают из «игры».

Срабатывает принцип домино, в результате которого выигрывающая команда остается в одиночестве и быстро перемещает груз к своему концу.

«У клетки не остается никакой возможности проверить, туда ли доставлен груз. Вероятнее всего, регуляторные белки не вмешиваются в этот процесс», — уточнили исследователи.

Подтверждение своей модели они нашли на примере транспорта жиров в эмбриональных клетках дрозофилы. Груз не перемещается непрерывно от одного конца микротрубочки к другому. Его постоянно подталкивают и в обратном направлении.

Проигрывающая команда может даже воспользоваться не совсем честными методами и спихнуть победителей с микротрубочки.

В реальных внутриклеточных условиях самым ходовым «грязным» методом игры является локальное нагревание, вызывающее отлипание белков-переносчиков от микротрубочки.

«Этот двусторонний транспорт очень гибкий», — пояснила Мюллер. Он не только может изменить направление, как только груз доставлен до цели, и скорость перемещения различными сочетаниями количества игроков в командах. Такая модель решает и другую важную биологическую проблему — переносчики равномерно распределяются между двумя концами микротрубочек, с которых они могут начать движение, предотвращая скопление на одном конце.

Несмотря на кажущуюся простоту, это взаимодействие обеспечивает семь типов движения. Это и различные комбинации движений к положительному и отрицательному концу, и паузы, позволяющие произвести «выгрузку». Вероятность движения в определенном направлении и остановок напрямую зависит от числа вовлеченных «моторов».

Мюллер предложила и практическую реализацию своей модели. Самый простейший механизм можно использовать для микролабораторий на чипах — доставляя исходные вещества в нужное место и «вывозя» оттуда продукты реакции. По мнению ученых, их количественного описания модели достаточно для создания такой системы. Более детально с работой можно ознакомиться в Proceedings of the National Academy of Sciences.