智能分子胶确保细胞核是细胞分裂的正确定位

保罗谢勒研究所的研究人员PSI和苏黎世ETH发现蛋白质在细胞中,形成微小的液滴可以作为智能分子胶水。丝被称为微管的末端,胶水他们发现确保细胞核是细胞分裂的正确定位。研究结果,发表在自然细胞生物学,解释如何移动的长期存在的神秘细胞蛋白质结构的机械耦合在一起。

联轴器与移动部件的机器至关重要。刚性或柔性,是否在电动机轴之间的连接或在我们的身体关节,材料属性确保机械力转导。在细胞来说,没什么比这个更好的优化,在移动的亚细胞结构支撑许多生物过程之间的相互作用。然而大自然如何使这种耦合问题长期以来一直困扰着科学家。

现在研究人员,调查一个耦合的关键酵母细胞分裂,显示,为此,蛋白质等合作,它们凝结成液体滴。这项研究是一个合作的团队米歇尔·斯坦梅茨在保罗谢勒研究所PSI和瑞士苏黎世联邦理工学院的伊夫·玛丽琳的帮助下组埃里克•杜弗雷和Jorg stel在苏黎世联邦理工学院。

由蛋白质形成液滴达到完美的材料特性,以确保生物功能。这个发现只是一个开始一个新的智能液体细胞中扮演的角色的理解,认为玛丽琳,他的研究小组正在调查在酵母细胞分裂的过程。“我们发现液体组成的生物分子可以是非常复杂的,展示一个更广泛的各种属性比我们习惯于从宏观的观点。在这方面,我认为我们会发现,这些液体有令人印象深刻的特性,选择了数百万年的进化在100年代。”

视频:保罗谢勒研究所/桑德罗·m·迈耶

微管:细胞的拖缆

研究聚焦于一个耦合,发生在微管的末端,纤维纵横交错细胞的细胞质和外星人的触角有令人不安的相似之处。这些空心管,形成的微管蛋白的构建块,并作为拖缆,整个细胞运输各种货物。

微管接收他们的一个最关键的细胞分裂期间货物。在酵母,他们拖着原子核的重要的工作,包含分裂染色体,初露头角的妈妈和女儿之间的细胞。要做到这一点,微管必须连接,通过马达蛋白,肌动蛋白电缆固定在新兴的子细胞的细胞膜。马达蛋白肌动蛋白电缆的方向走去,把微管进入子细胞遗传物质的贵重货物直到两个细胞之间的达到目的地。

这种耦合-必不可少的细胞分裂进行必须承受张力马达蛋白走,使细胞核微妙地采取行动。米歇尔·斯坦梅茨,他的研究小组ψ是微管的结构生物学的专家,解释道:“微管和电动机之间的蛋白质,需要有一种胶水。没有它,如果微管分离,你会得到一个女儿细胞没有遗传物质将无法生存。”

大自然的挠性联轴节

在酵母中,三种蛋白质,构成所谓的核心Kar9网络,装饰微管提示为了实现这个耦合。他们如何获得必要的材料特性似乎与传统的蛋白质相互作用的理解。

就是一个问题早就引起科学家们的三个核心Kar9蛋白质网络保持连接到微管技巧即使微管蛋白亚基添加或删除:相当于钩的拖缆留在地方同时相邻的部分插入或剪掉绳子。在这里,他们的发现提供了一个答案:因为一滴液体胶水将坚持一支铅笔,所以这种蛋白质“液体”可以坚持的微管,即使它增长或萎缩。

研究人员发现,为了实现这种液体性质,三个核心Kar9网络蛋白质通过web协作的弱相互作用。蛋白质相互作用在许多不同的点,如果一个交互失败,其他人仍和“胶水”很大程度上依然存在。这给予所需的灵活性微管保持连接到马达蛋白即使在紧张,研究人员认为。

他们的发现,研究人员有条不紊地探索的三个蛋白质组件之间的交互Kar9网络。基于结构性知识获得瑞士光源SLS在先前的研究中,他们可能变异蛋白质选择性删除互动网站,观察效果在活的有机体内和在体外。

在解决方案中,三种蛋白质聚在一起形成不同的水滴,像油在水里。证明这是发生在酵母细胞,研究人员调查了突变的影响在细胞分裂和蛋白质的能力来跟踪的微管萎缩。

“这是相当简单的证明蛋白质相互作用形成液态冷凝在体外。但这是一个巨大的挑战提供令人信服的证据表明,这是发生了什么事在活的有机体内花了几年,”斯坦梅茨解释说,第一次提出的想法“液体蛋白胶”microtubule-tip结合蛋白和一个同事一起从荷兰在2015年审查出版。

不是你的普通多功能胶

玛丽琳是被如何复杂的胶。“这不仅仅是一个胶,但这是一个聪明的胶水,就是能将空间信息集成到形式只有在正确的地点。”Within the complex tangle of identical microtubules in the cell cytoplasm, just one microtubule receives the droplet that enables it to attach to the actin cable and pull the genetic information into place. "How nature manages to assemble a complex structure on the end of just one microtubule, and not others, is mindboggling," he emphasizes.

研究人员认为,蛋白质的液体属性扮演重要的角色在实现这个特性。同样地,小油滴醋融合在一起,他们假设小水滴最初形成许多微管,随后不知收敛于形成一个更大的液滴在单个微管。这是如何实现仍是一个谜,是斯坦梅茨和Barral团队的调查对象。

参考:Meier SM, Farcas,库马尔,等。多价确保持久性的+提示身体专用的微管末端。Nat细胞生物。2022:1-12。doi:10.1038 / s41556 - 022 - 01035 - 2

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