Несколько точечных включений белковых «моторчиков» — и мягкая живая клетка становится удивительно твердой. Как это происходит, показало математическое моделирование.
Крепость клетки: Скелет с мотором
Цитоскелет эукариотических клеток. Микрофиламенты окрашены красным цветом, микротрубочки — зеленым, клеточные ядра — голубым

Одно из удивительных чудес, открывшихся человеку с изобретением микроскопа — это поразительная гибкость живых клеток, их способность менять форму (в том числе делиться) и перемещаться. Процессы эти обеспечивает активность подвижного белкового каркаса клетки, ее динамичного цитоскелета.

Основу цитоскелета (у высших организмов-эукариот) составляет система микрофиламентов, состоящих из белка актина, действующего, как и в мускулах, в паре с белком миозином. Расщепляя молекулу АТФ и используя ее энергию, актин-миозиновый комплекс сокращается; упрощенно говоря, мизоин тянет актиновый канат, как яхтсмен, поднимающий парус. Вся клетка пронизана сложной сетью этих «канатов», и натяжение одних и ослабление других обеспечивает всю динамику ее сложных изменений формы, деления и движения.

Впрочем, многие детали этого интересного механизма остаются невыясненными до сих пор. Особенно с учетом того, что и «канаты» актиновых микрофиламентов, и связанные с ними «матросы» миозина расположены и ориентированы, похоже, случайным образом. Неясно, как им удается быстро и сильно менять механические свойства клетки — например, увеличивать ее жесткость на много порядков.

Некоторый свет на эту проблему проливает недавняя работа нидерландских исследователей Чейса Бродерза (Chase Broedersz) и Фреда Макинтоша (Fred MacKintosh). Они подошли к вопросу чисто теоретически, создав математическую модель двухмерной сети жестких микрофиламентов и случайно распределенных и ориентированных «двигателей». А затем обсчитали различные свойства получившейся структуры, показав, как линейно меняющаяся активность «двигателей» может приводить к нелинейным изменениям жесткости всего каркаса.

Дело в том, что напряжения в этой структуре жестких микротрубочек распределяются неравномерно. Кое-где она остается «расслабленной», что и делает клетку в целом достаточно гибкой. Но «включение моторчиков» быстро меняет это положение. Натягивая микрофиламенты лишь в этих «расслабленных» областях структуры, они мигом делают ее жесткой целиком.

Читайте также о том, как цитоскелет позволяет эритроцитам просачиваться через капилляры, диаметр которых меньше диаметров самих эритроцитов: «Сквозь угольное ушко».

По публикации physics arXiv blog