Биологи получили трехмерные снимки делящейся человеческой клетки с разрешением в единицы нанометров и поняли, как она собирает аппарат для разделения хромосом. Этого добились в Нью-Йоркском центре структурной биологии и Школе медицины Университета Вирджинии. Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
При делении клетке нужно поровну разделить хромосомы между дочерними клетками. Этим занимается веретено деления, конструкция из микротрубочек, крошечных белковых трубок, которые подтягивают хромосомы к полюсам клетки. Десятилетиями загадкой оставалась сама сборка. Веретено состоит из коротких нитей длиной около двух микрометров, и большинство из них даже не начинается у полюсов, поэтому было непонятно, как из тысяч таких обрывков сама собой складывается точная и прочная машина.
Ответить помогла криоэлектронная томография. Клетки мгновенно замораживали, ионным пучком срезали с них тончайшие пласты и просвечивали электронным микроскопом, а из полученных проекций компьютер собирал трехмерную картину. Так впервые удалось разглядеть внутри веретена каждую микротрубочку по отдельности и даже определить, в какую сторону она ориентирована.
Нити упакованы на редкость плотно и регулярно, с промежутком в восемь нанометров между соседними трубочками. Такой зазор слишком узок для молекулярных моторов — белков, которые ходили по микротрубочкам и считались главными сборщиками веретена. Оказалось, что между нитями им просто не развернуться. Плотность упаковки задает сама физика. Трубки упираются боками в соседние и выстраиваются упорядоченно, как молекулы в жидком кристалле. Моторы при этом работают согласованно настроенной парой. Мотор с названием Eg5 сшивает встречные нити голова к голове, а противодействующий ему динеин влияет на общую плотность упаковки. Равновесие между ними удерживает веретено.
Веретено остается редким примером самособирающейся и самозаживляющейся структуры, которая восстанавливается даже после повреждения лазером и продолжает работу. Теперь ясен принцип этой надежности: сложная архитектура вырастает из простых локальных правил без всякого общего плана. Для медицины вопрос деления был принципиален вдвойне, ведь сбои деления клеток ведут к раку и бесплодию.
Ранее ученые впервые увидели процесс поиска друг друга отцовскими и материнскими хромосомами.