За клеточным транспортом понаблюдали в режиме реального времени
Ученые пронаблюдали, как транспортная молекула кинезин, которая ответственна за перемещение молекул в клетке, передвигается по микротрубочкам – «дорожным путям» клетки. Это удалось благодаря тому, что разрабатываемый учеными молекулярный инструмент стал выполнять не те функции, которые от него ожидались. Вместо флуоресценции в ответ на клеточный окислительный стресс молекула-сенсор стала кристаллизоваться вслед за движением кинезина. Статья опубликована в Nature Communications.
Микротрубочки – полимерные структуры, которые играют роль дорожных путей в клетке. Двигательные молекулы (например, кинезины) связываются с микротрубочками и «шагают» по ним, стоит только грузу присоединиться к молекуле кинезина. В качестве источника энергии эти транспортные белки используют энергию разложения молекулы АТФ.
Обычно кинезины «ходят» из центра клетки к периферии, но также могут переносить грузы от аппарата Гольджи к эндоплазматическому ретикулу и обратно. При этом аппарат Гольджи считается одной из органелл, с которых начинается образование микротрубочек, наряду с центросомами.
Сверху: реакция, в результате которой краска кристаллизуется. Снизу: кристаллы, которые обнаружили в клеткых ученые (слева) и их модель (справа).
Далее ученые выяснили, что самих по себе микротрубочек в пробирке недостаточно для того, чтобы их краска кристаллизовалась. Получалось, что изменения в ней вызывала какая-то ферментная активность, тесно связанная с микротрубочками – например, действие двигательных белков, расщепляющих АТФ.
Ученые продолжили работу и выяснили, что скорость образования кристаллов в клетке и их размер зависят от активности кинезина-1 в клетке. В тех культурах, где клетки производили мутантный (неспособный шагать по микротрубочкам) двигательный белок, количество кристаллов уменьшилось на 87 процентов, и остаточная активность, скорее всего, связана с небольшим количеством обычного кинезина в клетке. Когда ученые подавляли выработку кинезина в клетках, кристаллы исчезали.
Однако несмотря на то, что кинезины во время движения полагаются на энергию расщепления АТФ, в экспериментах вне клетки АТФ кинезину не понадобилась: краска все равно кристаллизовалась. Авторы работы сделали вывод, что кинезин может использовать разработанную ими флуорогенную краску как альтернативный субстрат, и в результате реакции и образуются флуоресцирующие кристаллы. Исследователи считают, что случайно полученный ими инструмент может помочь и дальше наблюдать за активностью двигательного белка в живых клетках.
Движение кинезинов по микротрубочкам интересует современных молекулярных биологов и химиков: механизм движения ученые уточнили не так давно. Сами же микротрубочки химики пробуют использовать в качестве молекулярных роботов, создавая из них управляемый рой, управлять которым помогает все тот же кинезин.