Молекулярные моторы совместно перемещают внутриклеточные грузы

С помощью новых инструментов, позволяющих производить точные измерения в нанометровом диапазоне, ученые из Университета Иллинойса сделали открытие в области клеточной биохимии. Они установили, что при перемещении молекулярного «груза» внутри клеток молекулы-моторы кинезин и динеин действуют совместно, увеличивая скорость его перемещения.

Для того, чтобы заглянуть внутрь клетки, пронаблюдать и измерить движения молекулярных моторов и отдельных молекул, ученым потребовался новый тип инструментов. Последние достижения в области молекулярной нанотехнологии позволили отследить и измерить перемещения молекул динеина и кинезина , а это, в свою очередь, позволило смоделировать молекулярный ансамбль транспорта различных объектов внутри живой клетки.

«Благодаря исследованиям мы смогли узнать, что моторы клетки по отдельности неуправляемы, а движение груза (везикул и органелл) происходит при совместном участии нескольких молекул динеина и кинезина», - комментирует руководитель исследований Поль Селвин, профессор Иллинойского университета. – «Что самое интересное - скорость перемещения груза несколькими моторами вдесятеро больше, как будто молекулы соединяются в ансамбль и вместе двигают груз внутри клетки».

Динеин и кинезин – молекулярные моторы, перемещающие различные «грузы» внутри клетки. Динеин перемещает вещества от клеточной мембраны внутрь ядра, а кинезин – наоборот, от ядра к мембране. Обе молекулы как бы «шагают» по специальным рельсам – микротрубкам. Таким образом организован транспорт молекул и органелл внутри клетки.

Как уже говорилось раньше, для проведения этого исследования потребовались новые инструменты, без которых такие точные измерения невозможны. На помощь ученым пришла технология FIONA (Fluorescence Imaging with One Nanometer Accuracy), которая состоит в том, чтобы по специальным флуоресцентным меткам с точностью до 1,5 нанометра отследить молекулы, к которым эти метки прикрепляют. А улучшения в технологиях отображения результатов позволили достичь точности по времени до миллисекунды.

Селвин и его команда использовали FION’у для того, чтобы отслеживать движения пероксисом (органелл, которые связывают токсичные субстанции в клетке) в клетках фруктовой мушки дрозофилы.

«Наши измерения показали что и динеин и кинезин переносят органеллы пероксисомы шаг за шагом, причем на каждый шаг приходится длина в 8 нанометров», - рассказывает Селвин. – «При обработке результатов сканирования флуоресцентных меток у нас возникло недоумение: так как два разных мотора работают в противоположных направлениях, то мы должны были бы увидеть больше меток, чем это оказалось».
Также исследователи заметили, что органеллы двигаются по микротрубкам-рельсам крайне быстро: их скорость составляла 12 микрон в секунду, в то время как скорость движения кинезина вне клетки составляет всего 0,5 микрон.

«Скорее всего, этот эффект достигается совокупным действием нескольких моторов, несущих на себе органеллу», - комментирует Селвин. – «Похоже, что моторы переносят органеллу довольно организованно, а не хаотично».

В будущих исследованиях Селвин и его коллеги хотят совместить технологию FIONA с оптическим пинцетом, что позволит отображать направление, скорость движения и движущую силу ансамбля молекулярных моторов, несущих органеллу по рельсам-микротрубкам. «Это позволит нам узнать механизм совместной работы молекулярных моторов кинезина и динеина, что в свою очередь, поможет построить такие удивительные наномашины для использования их в конвейерах молекулярной сборки».

http://www.nanonewsnet.ru по материалам Fluorescence Imaging with One Nanometer Accuracy: Application to Molecular Motors (http://www.physics.uiuc.edu/People/Faculty/Selvin/ar040136s.galley.pdf)