BioScience Blog – Научный Биологический блог

Бурное развитие клеточной и молекулярной биологии позволило получить за последние годы огромный фактический материал о морфологической и молекулярной организации клеток высших эукариот. Однако процессы формирования клеточных субструктур и доменов изучены слабо. Это ведет к тому, что изучаемые структуры рассматриваются только в связи с функцией ими выполняемыми, полностью игнорируя простое соображение, что любой внутриклеточный домен должен сначала сформироваться, что не может не нести отражения в его тонкой организации. По последним данным, многие стабильные структуры (ядерные домены, вакуолярная система, актиновый и тубулиновый цитоскелет) могут формироваться из высокодинамичных компонентов, причем носит данный процесс самопроизвольный характер. Этот вывод находится в противоречии с традиционными взглядами, требующими существования специализированной скелетной структуры (ядерный матрикс в случае интерфазного ядра), которая жестко детерминирует структурный и молекулярный порядок.

Таким образом, основной вопрос, который стоит на повестке дня на настоящем этапе изучения механизмов формирования клеточных субструктур (прежде всего – ядра и его доменов), может быть сформулирован следующим образом: определяется ли формирование структур геномом (т.е. эти процессы имеют четкий, генетически-детерминированный план) или за счет взаимодействия множества элементов ее составляющих происходит процесс самопроизвольного упорядочения (самоорганизация)? Представляется, что такого рода вопрос жет изучаться в ситуациях, когда один из компонентов, формирующих структуру, присутствует в избыточном количестве. Если процесс формирования детерминирован, то к серьезным нарушениям это не должно приводить. Если же мы имеем дела с самоорганизацией, то избыток одного компонента будет существенно влиять на протекание процесса, причем, это влияние может быть функционально невыгодно для   еткикл.

В работе проанализированы последствия гиперэкспрессии нескольких белков ядерной оболочки: двух белков ядерной ламины (ламин В1 и А) и двух интегральных нуклеопоринов (pom121 и ndc-1). Для увеличения внутриклеточной концентрации белков мы трансфецировали клетки культуры HeLa плазмидой, кодирующей соответствующий белок, слитый с зеленым флуоресцентным белком. Уровень экспрессии определяли по яркости свечения экзогенного белка.

Нами было показано, что избыточная экспрессия некоторых белков, например, таких как ламин В1 и ламин А, приводит к увеличению общей площади ядерной оболочки в ядре за счет формирования различного типа инвагинаций и выростов ядерной оболочки. Примечательно, что избыток оболочки не содержал поровых комплексов. При избыточной экспрессии нуклеопорина pom121 в цитоплазме выявляются многочисленные pom121-содержащие гранулы, которые, как показала корреляционная световая и электронная микроскопия, представляют собой скопления трубочек эндоплазматического ретикулума (аналогичные гранулы описаны и в случае ndc1). На второй день после тренсфекции pom121 появляются клетки, содержащие многочисленные одномембранные выросты внутренней ядерной оболочки. Прижизненные наблюдения показали, что клетки с такими выростами формируются после прохождения митоза клетками с избытком pom121 (обычно с гранулами в цитоплазме). Т.е. избыток этого белка не может сразу влиять на формирование оболочки (как это делают ламины), но при формировании оболочки в митозе их присутствие ведет к формированию нетипичных для нормальной клетки выростов.

Полученные данные позволяют говорить о том, что избыток белка может существенно влиять на процессы формирования структур, а, следовательно, этот процесс не жестко детерминирован геномом. Точнее говоря, детерминирован, вероятнее всего, процесс синтеза компонентов, а дальнейший ход формирования зависит от самих компонентов. Флуктуации концентрации компонентов могут вести к возникновению необычных структур, которые не несут никакой функциональной нагрузки (разобщение формирования и функции).

Работа выполнена при финансовой ддержкепо РФФИ (проект 08-04-00884-а) и гранта президента РФ для поддержки молодых российских ученых (проект МК-1035.2008.4).