Японские ученые изучили механизм одного из самых быстрых движений клеток

Исследователи обнаружили гены и белки, которые регулируют быструю реакцию  солнечника – микроорганизма-эукариота – в ответ на внешние раздражители. В качестве реакции солнечник резко отдергивает свои «лучи», что является одним из самых быстрых примеров подвижности клеток, сообщает Университет Окаямы. Подробное описание механизма представлено в Journal of Eukaryotic Microbiology.

Raphidocystis Contractilis принадлежит к солнечникам (Heliozoa), группе эукариот, обычно встречающихся в пресной, солоноватой и морской воде. У организмов этой группы есть вытянутые «руки» — аксоподии, которые расходятся от их тела, придавая им вид солнца с лучами (отсюда и название – солнечники). Каждая аксоподия состоит из белков тубулинов, которые образуют филаменты – микротрубочки. R. Contractilis может очень быстро отдергивать свои аксоподии в ответ на раздражители. Ученые Университета Окаямы исследователи механизм этой реакции. 

Авторы начали с иммуномаркировки белка тубулина – и наблюдали за его движением до того, как сократится «луч»-аксоподия и после. Они обнаружили, что перед укорочением тубулины систематически располагаются по всей длине аксоподий, но после удаления аксоподий они быстро накапливаются на поверхности клетки. Это навело их на мысль, что при быстром отдергивании аксоподий микротрубочки мгновенно распадаются на тубулин. Однако деградация микротрубочек, как правило, не является быстрым явлением – оно прогрессирует довольно медленно.

Исследователи предположили, что такое быстрое движение возможно, если микротрубочки одновременно распадаются в нескольких местах. Чтобы подтвердить свою гипотезу, авторы решили найти белки и гены, участвующие в мгновенном расщеплении микротрубочек у R. Contractilis. Они определили у R. Contractilis около 32 тысяч генов. Этот набор генов был наиболее похож на тот, что обнаружен у простейших (одноклеточных организмов). Из этого набора анализ выявил несколько генов (и соответствующих им белков), участвующих в разрушении микротрубочек. Среди них наиболее важными оказались катанин р60, кинезин и сигнальные белки кальция. Катанин р60 участвует в контроле длины аксоподиального «плеча». Кинезин-13, основной белок, дестабилизирующий микротрубочки, играет важную роль в быстром сокращении аксоподий. А гены передачи сигналов кальция регулируют поступление ионов кальция в клетку из ее окружения и индукцию отдергивания аксоподий.

Исследователи также заметили, что у солнечника нет генов, связанных с образованием и подвижностью жгутиков, что указывает на то, что аксоподии R. Contractilis не произошли от жгутиков. Хотя многие гены остаются неклассифицированными, недавно установленный набор генов послужит ориентиром для будущих исследований подвижности «лучей» R. Contractilis.

Аксоподии солнечников могут функционировать как чувствительный сенсор. Они могут обнаруживать мельчайшие изменения в окружающей среде, например присутствие ионов тяжелых металлов. Их реакцию можно использовать, например, при разработке устройств, которые могут обнаружить определенные элементы в окружающей среде – например, такие, что загрязняют водопроводную воду. Также реакцию солнечника можно применять в качестве новой системы биоанализа для первичного скрининга новых противоопухолевых препаратов.

[Фото: MOTONORI ANDO FROM OKAYAMA UNIVERSITY]