Физики сделали жидкокристаллический аналог клеточного цитоскелета

n5W5tu6za3I1

Ученые проследили динамику пленки микротрубочек в мембранных везикулах.

На фото: Микротрубочки придают мембранной везикуле веретеновидную структуру с «ложноножкой». Изображение: Keber, Loiseau, Sanchez, Bausch/TUM

Физики из Технического университета в Мюнхене обнаружили, что примитивные аналоги клеток, состоящие только из мембраны и белков цитоскелета, могут спонтанно формировать «ложноножки» просто за счет возникновения спонтанных неоднородностей в двумерном слое этих белков. Исследование опубликовано в журнале Science.

Мембранные везикулы, с которыми работали ученые, заключали внутри себя состоящие из тубулина микротрубочки, двигательный белок кинезин и запас энергетических молекул АТФ. В живых клетках кинезин участвует в доставке грузов (например, пузырьков с нейромедиатором) вдоль микротрубочковых «рельс», затрачивая на этот процесс энергию АТФ. В искусственной системе кинезин обеспечивал движение микротрубочек друг относительно друга.

Микротрубочки распределялись в везикулах под поверхностью мембраны и формировали почти двумерный слой. В этом слое за счет энергии АТФ и кинезина возникало скользящее движение отдельных микротрубочек, подобное движению бревен во время сплава древесины по реке. Большую часть времени это движение оставалось двумерным и никак не влияло на форму клетки. Однако ученые обнаружили, что периодически в нем возникали спонтанные возмущения, которые приводили к тому, что микротрубочки «вставали на дыбы», начиная смещаться перпендикулярно основной плоскости движения. На поверхности везикул при этом происходило образование выпячиваний мембраны, похожих на ложноножки настоящих клеток. Вероятность возникновения выпячиваний мембраны оказалась связана с осмотической силой раствора, в котором находятся везикулы.

Основная ценность работы заключается в исследовании динамики двумерной ориентированной системы белковых комплексов, которые ведут себя как жидкий кристалл. Кроме того, работа позволяет сделать некоторые выводы относительно эволюции движения с помощью ложноножек. Движение современных эукариотических клеток гораздо сложнее того, что моделировался авторами статьи, и в нем участвуют (помимо микротрубочек и кинезина) большое количество других белков. Однако спонтанное образование выпячиваний мембраны в системе, состоящей всего из двух белков, легко представить себе как примитивную стадию на пути эволюции современного способа движения.