Ученые из The Scripps Research Institute смогли изучить всю структуру динеинового комплекса, выполняющего ряд важнейших функций внутри клеток, в частности, преобразование химической энергии в механическую и перемещение грузов между клетками. Сообщение об этом опубликовано в Nature Structural & Molecular Biology.

Динеиновый комплексДинеины — моторные белки, перемещающиеся по микротрубочкам цитоскелета, трансформирующие химическую энергию в механическую, переносящие грузы между клетками и выполняющие ряд других важных для существования клеток функций. При этом нарушения в работе динеинового комплекса, судя по всему, связаны с такими болезнями, как Паркинсон, Альцгеймер и Хантингтон.

При этом до последнего времени подробно изучить работу динеинового комплекса не удавалось, так как его объем очень велик, а структура крайне сложна. В результате ученые до последнего времени довольствовались исследованием отдельных отрезков комплекса.

Теперь же исследователи сначала создали в лаборатории отдельные белки динеинов и второй части комплекса — динактинов. Затем с помощью электронной микроскопии они смогли сделать двухмерные изображения белков, которые уже содержали огромную, до этого не известную информацию об их структуре. Но и это еще не все. После этого было не только получено изображение белков, но и зафиксировано их взаимодействие и перемещение по микротрубочкам.

В результате было создано трехмерное изображение всей динеиновой структуры, что даст ученым новую и крайне важную информацию.

Истчоник: Научная Россия

Группа ученых из университета Тель-Авива (Израиль) под руководством профессора Нира Бен-Таля (Nir Ben-Tal) предлагает первую глобальную картину эволюционного происхождения белков. Результаты нового исследования опубликованы на сайте университета.

Каждая клетка содержит тысячи белков, каждый из которых несет в себе уникальную подпись. Все белки, различающиеся по форме и функциям, построены из аминокислот. Многие белки имеют жизненно важное значение, о чем свидетельствует множество заболеваний, связанных с их отсутствием или повреждением. Но как белки появились? Есть ли у них общий предок, или же белки эволюционировали по-разному? Формирование глобальной картины вселенной белка имеет важное значение, но это почти невозможно сделать, поскольку требует сравнения бесчисленные пар известных и неизвестных белков. 

Белки состоят из различных комбинаций аминокислот, которые могут функционировать и сами по себе. Именно поэтому ученые посчитали, что достаточно проанализировать отношения между ними — исследователи изучили и сравнили взаимоотношения в  репрезентативном наборе. Результаты были представлены в виде ряда нитей, в которых соединены связи с общим мотивом.

«Связи белков можно интерпретировать как совокупность эволюционных путей, — комментирует Бен-Таль. — В основных компонентах белка прослеживается последовательность и сходство в форме. Предполагается, что в этих связях легко удалять и добавлять повторяющиеся мотивы без ущерба стабильности. По-видимому, эволюция воспользовалась этой особенностью для проектирования новых белков с новыми функциями».

«Это первое исследование, которое изучает последовательное и формальное сходство между белками в контексте пептидных связей, — говорит профессор Нир Бен-Таль. — Исследование предлагает естественный способ организации и поиска среди всех белков. Это в дальнейшем может быть использовано, чтобы теоретизировать белковую эволюцию и даже предложить стратегии для разработки новых белков».

Источник: Научная Россия

Группа Пабло Иглесиаса (Pablo A. Iglesias), профессора электрической и компьютерной инженерии в университете Джонса Хопкинса (США), разработала систему, которая позволяет визуализировать ответ клеточного центра управления, направляющего клетки туда, куда им следует двигаться. В своей работе ученые экспериментировали с белыми клетками крови амебы и человека. Результаты их работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Откуда клетки знают дорогу к цели В ходе эксперимента клетки определяли путь, по которому им предстоит двигаться, на основе мельчайших различий в концентрации химических веществ между одним концом ячейки и другим. «Клетки могут обнаружить различия в концентрации до 2%, — говорит Петер Девреотес (Peter N. Devreotes), глава факультета клеточной биологии в университете Джона Хопкинса. — Они могут определять небольшие различия вне зависимости от уровня фоновой концентрации, от высокой до низкой».

«Обнаружение градиента происходит в два этапа, — говорит сотрудник лаборатории Иглесиаса Чуань-Хсян Хуан (Chuan-Hsiang Huang). — Во-первых, клетки настраиваются на уровень фонового шума. Сторона клетки, где концентрация меньше, просто перестает отвечать на запросы. Центр управления внутри клетки определяет, с какой стороны поступает сигнал, и клетка начинает двигаться в сторону большего уровня шума». 

Но чтобы начать двигаться, клетка должна так перестроить свои внутренности, чтобы из бесформенного пузыря превратиться в нечто, имеющее явно выраженные переднюю и заднюю части. Группа Петера Девреотеса провела еще один эксперимент с участием Мингджие Ван (Mingjie Wang) и Юлии Артеменко. В этой работе биологи изучали роль так называемой полярности— различия в чувствительности к химическим веществам между передней и задней частью клетки — в ответ на градиент их плотности. «Мы хотели знать, зависит ли полярность от движения и как полярность сама по себе помогает обнаружить градиенты», — объясняет Юлия Артеменко.

Исследователи использовали специальный фармацевтический «коктейль», который не демонтирует скелет клеток, а замораживает их на месте. Затем, как и в работе другой группы, они смотрели на реакции клеточного центра управления на химические градиенты. «Даже если клетки не переделывают скелет, чтобы двигаться, они всё равно улавливают сигналы от градиентов, и замороженный скелет влияет на ответ клетки на градиент, — говорит Артеменко. — Этого не произойдет, если скелет полностью исчезнет. Теперь мы знаем, что сам скелет, а не его способность перестраиваться, влияет на определение градиентов». Результаты этой работы появятся 6 ноября в журнале Cell Reports.

Полученные данные в конечном итоге могут пролить свет на целый ряд важнейших процессов, зависящих от движения клеток, включая клеточное развитие, иммунный ответ, заживление ран и регенерацию органов. Еще одно возможное приложение — борьба с раковыми метастазами.

Источник: Научная Россия

В наших клетках для каждого признака существует как минимум две копии гена — одна от матери, другая от отца. (Варианты, когда ген присутствует в нескольких копиях, сейчас не рассматриваем.) Клетка может выбрать только один какой-то ген, и тогда говорят о моноаллельной экспрессии, когда белок синтезируется лишь с одного варианта аллеля.

Эмбриональные стволовые клетки используют одновременно как материнские, так и отцовские гены. (Фото David Scharf.) Когда именно клетка выбирает в пользу того или иного аллеля? Эксперименты Дэвида Спектора (David Spector) из Лаборатории в Колд-Спринг-Харборе (США) показали, что это случается тогда, когда клетка начинает определяться со своей судьбой, то есть при переходе из эмбрионального стволового состояния в разряд чьих-то предшественников. Учёные сравнивали, как гены работают в эмбриональных стволовых клетках, которые могут превращаться во что угодно, и в клетках-предшественницах нейронов, могущих дать только нервные клетки. Оказалось, что уровень моноаллельной экспрессии в предшественниках нейронов в несколько раз больше, чем в стволовых клетках.

То есть если у стволовых клеток могут работать оба варианта гена, то у нейронных предшественников чаще остаётся только один. Происходит это благодаря эпигенетической регуляции: белки гистоны, связанные с ДНК разных аллелей, получают разные модификации, и один аллель после этого плотно упаковывается белками и становится недоступен для РНК-синтезирующих машин.

Впрочем, всё это не значит, что клетка делает такой выбор относительно вообще всех генов; некоторые из них продолжают быть активными в обеих копиях. Что особенно любопытно, когда выбор всё-таки делается, это происходит случайным образом — то есть клетке всё равно, какой копией гена пользоваться, отцовской или материнской. Но в чём тогда смысл такого выбора? 

По словам исследователей, лишь 8% генов, которые перешли на моноаллельную активность, восполняли недостаток белка, образовавшийся после отключения одного из аллелей. Получается, что моноаллельная экспрессия — это просто способ, с помощью которого можно сильно урезать количество некоторых белков, ведь клетке, чтобы начать дифференцировку, нужно как-то «проредить» их. И, возможно, среди этих белков есть как раз такие, которые при случае могут спровоцировать рак — если их, например, окажется слишком много. А благодаря моноаллельной экспрессии до рака всё-таки дело не доходит. 

Но вопросы всё равно остаются: скажем, как клетка понимает, сколько и какого белка ей нужно оставить? Хочется верить, что всё это разъяснится в следующих экспериментах. 

Результаты исследования опубликованы в Developmental Cell.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА