Биологи впервые построили архитектурный 3D-план клетки

Группа учёных под руководством Клода Антони (Claude Antony) из Европейской лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory — EMBL) совместно с Ричардом Макинтошем (Richard McIntosh) из университета Колорадо (University of Colorado) впервые построили полное 3D-изображение эукариотической клетки дрожжей (одноклеточных микроорганизмов).

У каждой клетки нашего тела, как и у тела в целом, есть скелет, который позволяет телу держать форму, обеспечивает его жёсткость и предохраняет внутренние органы от повреждений.

Наш скелет сочленён из костей, а клеточный скелет состоит из длинных протеиновых волокон, которые сплетаются в сети, все мелкие детали, архитектуру и взаимодействие которых с другими частями клетки до последнего времени можно было рассмотреть только с помощью микроскопии высокого разрешения.

Основная составляющая клеточного скелета — длинное трубчатое волокно, называемое микротрубочками. Эта динамичная структура построена из постоянно растягивающихся и сжимающихся рядов элементарных протеинов, называемых тубулинами.

Дабы увеличить собственную жёсткость, микротрубочки срастаются в связки и, взаимодействуя со стабилизирующими протеинами, образуют сложные сети. Эти сети играют важную роль во многих внутриклеточных процессах, например, таких, как полюсный рост клетки.

"Чтобы понять истинное строение клеточного скелета, необходимо увидеть всю клетку в трёхмерном изображении, — говорит Клод Антони. — При этом изображение должно иметь очень высокое разрешение, которое невозможно получить с помощью обычного микроскопа".

Для получения общего изображения клетки со всеми структурными деталями Джоанна Хёг (Johanna Höög), аспирантка из группы Антони, использовала принцип электронной томографии. С помощью электронного микроскопа она сделала серию последовательных фотографий различных частей клетки дрожжей под разными углами, а затем реконструировала 3D-изображение на компьютере (по такому же принципу строится томография мозга человека). Помог ей в этом Ричард Макинтош, являющийся экспертом по электронной микроскопии.

Полученные изображения помогли учёным определить структуру сетей из микротрубочек в момент деления дрожжевой клетки. Кроме того, было выявлено, что клеточный скелет определяет правильное положение митохондрий (органелл, поставляющих клетке энергию).

"Наше трёхмерное изображение делящейся клетки дрожжей может послужить картой для всех биологов, интересующихся строением клетки, — рассказывает Джоанна Хёг, — Вы можете получать информацию обо всех структурах и процессах, происходящих в клетке, или помещать свои данные в клеточное пространство".

Стоит отметить, что данное научное достижение столь важно для биологов всего мира из-за того, что дрожжи в биологии — наиболее часто используемая модель организмов. Связано это с тем, что у дрожжей очень много сходств с высшими эукариотами, в том числе и многоклеточными. Так, в нервных клетках млекопитающих связки микротрубочек, отвечающих за передачу сигнала от клетки к клетке, подобны тем, что наблюдаются в клетках дрожжей.

Статья "Организация межфазных микротрубочек в клетках делящихся дрожжей, проанализированная методом электронной томографии" должна быть опубликована в мартовском номере журнала Developmental Cell. Также имеется пресс-релиз EMBL.