Фермент, управляющий белковым скелетом клетки, делает это по-разному для внутриклеточных нужд и для передвижения всей клетки .
Мы можем ходить и бегать благодаря тому, что у нас есть мышцы и скелет. Но способность к движению есть не только у нас – даже одноклеточные организмы могут самостоятельно двигаться, да и наши собственные клетки, формирующие большое и сложно устроенное тело, могут переползать с места на место.
Цитоскелет клетки – тонкими цветными линиями показаны микротрубочки. Источник: Pakorn Kanchanawong, National University of Singapore and National Heart, Lung, and Blood Institute, National Institutes of Health.
Более того, если бы клетки не умели двигаться, то никакого сложноорганизованного человека (или животного) просто не могло бы получиться – потому что во время эмбрионального развития зародышевые клетки постоянно мигрируют под действием химических сигналов, и без таких миграций ни органы, ни ткани не смогут сформироваться правильно. Кроме того, есть ещё постоянно путешествующие иммунные клетки, которые собираются в местах воспаления и/или инфекционного заражения.
Эмбриогенез и иммунная активность – не единственные примеры того, когда никак не обойтись без клеточной активности, и во всех таких случаях ведущую роль играет цитоскелет – система белковых нитей и трубочек, которые служат клеткам чем-то вроде костей. Два самых известных цитоскелетных белка – актин, формирующий актиновые нити-филаменты, и тубулин, формирующий микротрубочки. Оба создают динамический каркас, который постоянно «дышит»: трубочки и нити исчезают в одном месте, удлиняются в другом и т. д. Кроме актина с тубулином существуют и другие белки – например, миозин, который вместе с актином формирует сократительный аппарат мышечных клеток.
Но, кроме подвижности в окружающем пространстве, есть ещё и внутриклеточный транспорт: органеллы и крупные молекулярные комплексы передвигаются по цитоплазме клетки, используя цитоскелет как рельсы или шоссе. «Грузовыми вагонами» и «грузовыми автомобилями» тут выступают специальные белки динеины и кинезины. Само собой понятно, что у клетки должен быть довольно сложный аппарат управления грузоперевозками, и менеджерами здесь опять же выступают белки-ферменты, которые модифицируют молекулы цитоскелета и молекулы-перевозчики, тем самым меняя их активность.
Во всей полноте картину регуляции мы здесь пока ещё не вполне представляем, но исследования тут ведутся очень активно – так, недавно в одной из лабораторий НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского при МГУ удалось обнаружить протеинкиназу LOSK (Long Ste20-like Kinase – большая киназа, относящаяся к семейству ферментов под названием Ste20), кодируемую геном SLK. Все киназы способны управлять активностью других белков, присоединяя к ним фосфатную группу (то есть путём фосфорилирования). Новооткрытая же LOSK, как оказалось, влияет на структуру цитоскелета и на подвижность клетки.
Но, как было сказано выше, цитоскелет нужен не только для переползания с места на место, но и для внутриклеточных перемещений-перевозок. Может ли LOSK влиять и на то, и на другое? – может. Однако, как показали исследования Антона Буракова, доктора биологических наук, старшего научного сотрудника Института физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского, и Елены Надеждиной, доктора биологических наук, заведующей группой физиологии цитоскелета Института белка РАН, этими сферами клеточной жизни киназа LOSK управляет по-разному.
Когда речь идёт о подвижности всей клетки, киназа модифицирует один набор белков, а когда речь идёт о перестройках цитоскелета для внутриклеточных нужд, она модифицирует уже другие молекулы. В статье в журнале Cytoskeleton авторы пишут, что во втором случае LOSK действует через белок динактин, который, в свою очередь, влияет на активность «грузоперевозчика» динеина. В результате динеин начинает по-другому работать с центросомами – так называют особые клеточные структуры, организующие работу микротрубочек.
Важность результатов легко понять, если вспомнить, что от центросом зависит распределение генетического материала при клеточном делении. Хромосомы – это тот же груз, который нужно переместить в нужное место, и вот они расходятся к полюсам делящейся клетки с помощью всё тех же микротрубочек, которые тащат их к центросомам. Неполадки в работе цитоскелета могут привести к неправильному распределению хромосом, что, в свою очередь, может вызвать тяжёлые болезни, в том числе и онкологические. Известно, что в раковых клетках центросом не две, как полагается, а больше, что, очевидно, служит одной из причин сопутствующих заболеванию молекулярно-генетических беспорядков.
Раньше полагали, что направленное движение клеток напрямую зависит от архитектуры системы микротрубочек, и что всё, что влияет на неё, будет тесно связано со способностью клетки двигаться. Но, как оказалось, здесь на самом деле есть две цепочки независимых молекулярных реакций, хотя и ту, и другую запускает один и тот же фермент LOSK.
При онкозаболеваниях сейчас используют митостатики – препараты, нацеленные на микротрубочки; очевидно, новые данные могли бы добавить таким лекарствам эффективности и точности; кроме того, они пригодились бы и иммунологам, и травматологам, сталкивающимся с проблемой заживления ран и регенерации тканей, и тем, кто занимается эмбриональным развитием, и т. д.
Однако, по словам Антона Буракова, «применение <полученных> результатов в будущем в медицинской практике (разработка специфических ингибиторов подвижности для терапии онкозаболеваний или специфических стимуляторов подвижности для лечения заболеваний сосудов) зависит от соответствующей законодательной базы».
