Учёные раскрыли секрет прочности веретена деления клетки

Каждую секунду в человеческом теле миллионы клеток делятся надвое. За час они удваивают свою ДНК и формируют вокруг неё сеть белковых волокон — веретено деления. Это веретено протягивает свои многочисленные нити от хромосом в центре к краям клетки, а затем с огромной силой растаскивает хромосомы в противоположные стороны. Как ему удаётся делать это, не разрушаясь само, долгое время оставалось загадкой.

Теперь учёные из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF) обнаружили, что веретено способно «чинить» себя прямо во время работы, заменяя слабые звенья, пока тянет ДНК. Это постоянное усиление гарантирует, что генетический материал делится ровно пополам. Попадание даже одной лишней хромосомы в клетку может привести к раку или врождённым дефектам. Исследование опубликовано в журнале Current Biology.

Мы знаем, что веретено, генерирующее огромную силу, должно быть невероятно прочным, но измерить эту прочность напрямую сложно. Наше исследование даёт нам представление о том, почему эта молекулярная машина так надёжна.

— заявила профессор UCSF и старший автор работы Софи Дюмон.

Чтобы увидеть, как волокна ведут себя под давлением, аспирант Калеб Рукс нагружал их до предела с помощью микроиглы. Это стеклянное приспособление, тоньше человеческого волоса, с гладким концом, чтобы не проколоть и не убить клетку. Под микроскопом Рукс находил вытянутую клетку с веретеном, готовым к делению, и с помощью пульта, похожего на ручки Etch-a-Sketch, позиционировал иглу над волокном. Затем включался точный мотор, который медленно тянул волокно, пока оно не рвалось.

Результаты удивили учёных. «Мы ожидали, что волокно порвётся у своих концов, но вместо этого оно лопалось именно в том месте, где его тянула игла», — рассказал Рукс. Более того, оборванный конец сохранял форму, не рассыпаясь. Это стало большим сюрпризом, так как в предыдущих экспериментах луч лазера заставлял волокно распадаться.

Дальнейшие тесты объяснили парадокс. Когда веретено растягивалось под действием иглы, часть его белковых связей выпадала. Но волокно мгновенно заменяло их более прочными связями, плавающими поблизости, укрепляясь прямо во время испытания. К моменту разрыва веретено становилось прочнее, чем было изначально.

Мы в восторге от этого открытия, потому что оно может означать, что веретено стабилизирует себя именно там, где испытывает наибольшую нагрузку. Если вы инженер-строитель, вы хотите, чтобы здания выдерживали землетрясения, а дороги — многие зимы. Возможно, нам есть чему поучиться у самовосстанавливающихся материалов живого мира.

— добавила Софи Дюмон.

Это открытие не только проливает свет на фундаментальный механизм жизни, но и может вдохновить на создание новых, более устойчивых и самовосстанавливающихся материалов в инженерии и медицине.