Самые быстрые руки в мире. Ученые расшифровали самое молниеносное движений клеток

Raphidocystis Contractilis — тип животное из группы Heliozoa, обитающий в пресной, солоноватой и морской воде. Эти организмы известны как "солнечные черви" из-за их расходящихся пальцевидных рук или аксоподий, которые придают им вид солнца.

Аксоподии солнечных червей состоят из специфического белка тубулина, который образует микротрубочки. Несмотря на его способность быстро втягивать руки в ответ на раздражители, механизм такого быстрого укорочения рук оставался загадкой, пишет SciTechDaily.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

С этой целью группа исследователей, включающая профессора Мотонори Андо, доктора Рису Икеда из Лаборатории клеточной физиологии и доцента Маюко Хамада из Морского института Ушимадо, изучила механизм, задействованный в одном из самых быстрых движений клеток в живом мире.

Итак, с чего все началось? Разделяя мотивы своего исследования, профессор Андо говорит: "Недавно в различных гидросферах префектуры Окаяма было обнаружено большое количество гелиозойных организмов, из чего стало ясно, что несколько видов солнечных червей обитают в одной и той же среде. Мы пытаемся разгадать их тайны и постепенно расширяем горизонты наших знаний".

Авторы начали свое исследование с маркировки белка тубулина и наблюдения за его движением до и после сокращения. Они обнаружили, что перед укорочением тубулины, систематически располагались по всей длине аксоподий, но после укорочения этих специфичных "рук" они быстро накапливались на поверхности клетки. Это навело ученых на мысль, что при быстром отдергивании аксоподий микротрубочки мгновенно распадаются на тубулин. Однако деградация микротрубочек, как правило, не является быстрым явлением, оно прогрессирует довольно медленно.

Как же солнечный червь мог так быстро достичь этого изменения? Исследователи предположили, что это возможно, если микротрубочки одновременно расщепляются в нескольких местах. Чтобы подтвердить свою гипотезу, авторы решили найти белки и гены, участвующие в мгновенном расщеплении микротрубочек у солнечных червей.

Исследователи выполнили анализ генов, работающих в определенное время в клетке, и идентифицировали около 32 000 генов у солнечных червей. Этот набор генов был наиболее похож на тот, что обнаружен у простейших (одноклеточных организмов), за которыми следуют многоклеточные организмы (многоклеточные организмы с хорошо дифференцированными клетками, включая людей и других животных).

Гомологический и филогенетический анализ полученного набора генов выявил несколько генов (и соответствующих им белков), участвующих в разрушении микротрубочек. Среди них наиболее важными были катанин р60, кинезин и сигнальные белки кальция. Катанин р60 участвует в контроле длины аксоподии.

Было обнаружено, что среди идентифицированных кинезинов кинезин-13, основной белок, дестабилизирующий микротрубочки, играет важную роль в быстром сокращении аксоподий. Гены передачи сигналов кальция регулируют поступление ионов кальция в клетку из ее окружения и "запуск" отдергивания аксоподий.

Исследователи также заметили отсутствие генов, связанных с образованием и подвижностью жгутиков, что указывает на то, что аксоподии солнечных червей не произошли от жгутиков. Хотя многие гены остаются неклассифицированными, недавно установленный набор генов послужит ориентиром для будущих исследований, направленных на понимание их аксоподиальной подвижности.

Аксоподии солнечных червей функционируют как чувствительный сенсор. Они могут обнаруживать мельчайшие изменения в окружающей среде, например, присутствие ионов тяжелых металлов и противораковых препаратов. Обсуждая свое видение будущего, профессор Андо делится: "Мы считаем, что аксоподиальная реакция гелиозоа может быть использована в качестве показателя для разработки устройств временного обнаружения и мониторинга загрязнения окружающей среды и водопроводной воды. Его также можно использовать в качестве новой системы биоанализа для первичного скрининга новых противоопухолевых препаратов. В будущем мы планируем продолжить совместную работу над улучшением фундаментальных и прикладных исследований этих организмов".

Гелиозои еще раз доказали, что одна клетка обладает огромным потенциалом изменить мир.

Ранее Фокус писал о микробе со щупальцами. Ученые успешно вырастили в лаборатории древних микробов и сделали их подробные изображения, они могут вас удивить.