Природата като ефективен мениджър, или защо клетката разделя след половин час, науката и живота

Природата като ефективен мениджър, или защо клетката разделя след половин час

Получава се от Elena Veshnyakovskaya.

Жизнеспособността на всяка система зависи от ефективността на нейната обратна връзка - дали своевременно и правилно идентифицира системата, че тя се случва. Но в областта на контрола на никой сравнява с природата - чрез механизми за обратна връзка, които предоставя във всички жизнени процеси, време е спечелена по десетобалната достойни за удивление. Точно както течаща обратна връзка по време на клетъчното делене, беше посветена на доклада на професор Fazli Ataullahanova по време на семинар в Изследователския център на Българската академия на медицинските науки на хематология.

Гъвкава кинетохорна окото: всеки правилно определено място може да се оттегли от кинетохорна равнина независимо от другите и да е от Aurora киназна активност в областта.

Над - правилното фиксиране: Когато микротубулите тегли, ляв хромозома "отиде" на ляво и дясно - на дясно; отдолу - неправилно фиксиране видове.

Aurora В киназа - регулаторен протеин отделя всички микротубулите, която достига до. Ако тя може да достигне до всеки един от микротубулите, клетката би никога не са споделени.

кинетохорна модел. "Пролет" - това са протеини, които са "залепени" заедно две хромозоми. "Пролет" могат да бъдат компресирани до минимум на 640 нм, максималното удължение - 1400 нм.

Разпределителни центрове свързващи Aurora В киназа в модела в зависимост от напрежението между кинетохора.

Когато една клетка се дели, съдържанието му се разпределят между двете дъщерни клетки приблизително на половина. Всичко - с изключение на ДНК. Всяка молекула ДНК, трябва да получите във всеки един от дъщерните клетки. Ето защо, ние трябва да удвоим първия си и след това сложи копие в дъщерните клетки. Такова разделение се нарича митоза. Ако приемем, че, като правило, са молекули на ДНК се съхранява в няколко хромозоми - при хора, например, те са 46 - че и без това трудната задача е още по-трудно.

Да кажем, че ние имаме 46 хромозоми и 46 екземпляра. Първият хромозома трябва да бъде поставен в ляво в една клетка. Копие от първата - в дясно, в друга клетка. Второ хромозома - на ляво. Копие от втората - в дясно. И така нататък, докато всеки от дъщерните клетки няма да се показват едни и същи набор от хромозоми, които са опаковани съответно идентични комплекти от ДНК. Самата клетка е доста голям, няколко микрона; хромозоми, които съдържат ДНК - в центъра, и те трябва да се простират до краищата. Представете си, че двама души в една тъмна стая, е необходимо да се намери чрез напипване и да споделят 46-елементите правилно. Възниква въпросът: как клетката успява да го направи? Очите й не го правят.

Клетка постига тази цел с невероятна точност. Тя не може да си позволи да бъде погрешно. Ако тя прави грешка и неправилно ще разпределя хромозомите, много е вероятно да умрат, а това е най-добрият. В най-лошия неравномерно разпределение може да доведе до злокачествена трансформация. Ето защо, в клетката много внимателно да гарантира, че хромозомите са правилно разделени.

Тази цел се обслужва от т.нар разделение шпиндела. Тя се състои от два полюса, от която всички страни са дълги линейни микротубулите. Краищата им микротубулите могат да се придържат към kinetochores - специално предназначени за това място в хромозомата. Хванати за kinetochores, микротубулите започнат и да ги извадят. Ако ДНК копия са били разпространява в килия на случаен принцип: първо там, там е, с изключение на нея, - копие от първата, после ги търсим, да бъдат по двойки и след това тези двойки се разделят би било доста трудно, така че клетката засега държи на молекулата на ДНК и копие от нейните хромозоми, "слепват" по двойки. След това тя започва да се движи на хромозомите, стига те да не са в една линия правилно: половината търси в една посока, а другият - от другата. Сега задачата е проста: да се намали в средата и издърпайте полюсите. Трябва само да се фиксира правилно. Такова свързване се нарича biorientation.

Проблемът е, че краищата на микротубулите не може да "знаят", дали е правилно или грешно кинетохорна. Всички kinetochores са едни и същи за тях, придържайки се към микротубулите за този, който ще падне първият по пътя си. Поради това, че има много погрешни ограничения, при които опънати хромозоми към полюсите няма да успее.

Ако микротубулите са прикрепени към кинетохора само на случаен принцип, вероятността за правилно свързване ще бъде много малък. В този случай, деленето на клетките би продължило за неопределено време. Защото в действителност това се случва доста бързо, така че има фактори, които увеличават вероятността от правилното закрепване и намаляват вероятността от погрешно.

Някои фактори са доста очевидни. На първо място, просто по силата на местоположението на проводи и сестра Хромозоми правилно в пространството по-лесно да стъпим. Микротубулите вероятно ще получи отдясно - най-близо до нея - кинетохора от погрешно. Но хромозомите в клетката на случаен принцип, които се движат, промяна на тяхната ориентация и позиция. Ето защо, винаги има възможността, че микротубулите все още отдават на kinetochores объркат. В допълнение, той се вижда в електронни снимки, които сравнително лесно в някои организми растат през микротубулите kinetochores. Така, че това ограничение не е достатъчно.

Вторият важен фактор - скоростта, с която тръбата се сглобява и разглобява. Микротубулите - специален вид полимер, а не себе си извършва и други полимери. Като цяло, в полимера, може или да растат или да съкрати, което прави едно нещо, ако условията на околната среда не са се променили. И микротубулите имат две фази: той се удължава с микрона, а след това започва да се съкрати. Това превключване между фазите се случва през цялото време, спонтанно, така че ако тръбата се увеличава назад, но не се получи правото кинетохора, че е доста погрешно бързо да разглобявате зрял парцел и да започне да се покачва отново леко в обратната посока.

По този начин, има три фактора, които допринасят за правилното фиксиране: геометричните ограничения, скоростта, с която тръбата е включен между фазите на растеж и мазнина, и разстоянието между кинетохора. Остава да се определи дали е налице комбинация от тези фактори, в които би било по принцип е възможно, че всички микротубулите закотвени само правото, а именно, дали biorientation хромозоми се постига, и ако да, за колко дълго. Това се оценява най-лесно с помощта на физически и математически модели на вътреклетъчните механика, знаейки разстоянието и измерване на силата, с която микротубулите дърпат. За този модел се прилагат различни комбинации от фактори и разгледана, който вариант дава изходния резултат, подобен на действителността.

Единственият модел, който дава възможност за правилното закрепване и не противоречи на всички натрупани за експериментални данни или логика, е както следва: геометрична ограничение не микротубулите доста бързо растат и стават по-къси и случайно се прикрепват подред всички kinetochores които са възникнали, и механизъм за корекция на грешки е че ако kinetochores опъната от центъра, микротубулите не са отделени, и ако "компресирания", които се отделят. Тя ще изглежда, че се намери решение. Има само едно "но".

Тъй като Aurora B киназа "не прави разлика между" доброто от злото фиксиране, е необходимо, че в един момент всички тръби са били прикрепени към кинетохора правилно извади от двете страни и "навън" от действията на "универсална otkrepitelya" зона. Такова прекрасно събитие хромозомна двойка ще трябва да почака доста време. И като се има предвид, че човешката хромозома 46, разделението на човешки клетки, като описаните модели са имали около сто милиона години.

В действителност, на клетка се разделя на около половин час.

Къде е тази огромна печалба във времето?

В търсене на отговор погледнете близък план на кинетохорна.

Ако защитени уебсайтове "тръгват" от центъра, всички заедно, така да се каже, цялата кинетохорна равнина, стабилизирането фиксиране всички: и правилно и грешно.

Но да предположим, че всяко право, защитено място "спаси сам": тя е свързана с kinetochores собствени, независими от друг протеин "спиране". След това право, залегнало сайтове са в състояние да "потегли" поотделно, един по един. Какво ако кинетохорна - не е равнина, в която местата на свързване са фиксирани неподвижно, но гъвкав меша свободно свързани един с друг сайтове? Ако въведете решетка във физическия и математическия модел на корекция на неправилно монтирани от Aurora B киназа, а след това в 25-сайтове сигурни (като човек), необходима за biorientation с сто милиона години ще бъде намален до 30 минути, което съответства на реалната ситуация.

От инженерна гледна точка на, процесът е много проста. Подобно на много други вътреклетъчни процеси особено взискателни надеждност. Принципът на "по-просто е по-безопасно" в природата, докато никой не е отменена.

Детайли за любопитните

Къде Aurora B киназа "знае", че е необходимо да останат в близост до центъра?

За да микротубулната може да бъде определена от външната страна на кинетохора "седни" големи протеинови комплекси. Такъв комплекс, наречен KMN - първите букви на други три протеинови комплекси, от които съставят. Всички три от неговата протеинова подединица регулира Aurora В киназа.

Тъй като клетките не трябва да работят постоянно протеини са активни, има механизъм, който служи като техен универсален "ключ" и "ключ" - фосфорилиране и дефосфорилиране, съответно. Регулаторните белтъци са в състояние да се прикрепят към края на всяко от работните протеини фосфат група служи за него нещо като сигнал за действие. Когато операцията е необходимо, за да изключите протеин, друг регулаторен протеин - фосфатаза - това ще намали фосфатна група и работна протеин преминава в неактивно състояние.

Съвсем наскоро, групата Яна Chizmana (Масачузетс, САЩ) бяха в състояние да покаже, че Aurora В киназа фосфорилира KMN-комплекс, като по този начин регулиране на силата на закрепване на микротубулите, ако всичките три фосфорилиран протеин микротубулите лесно да падне; ако всичко това се дефосфорилизира, а напротив, доста здраво закрепена. Но ако Aurora B киназа фосфорилира всичко, как тогава някои стягане все още успяват да оцелеят? Това е възможно само при условие, че разпространението на Aurora кинази в клетка донякъде ограничен.

Оказа се, че Aurora B киназа е доминиран в центъра, но има определено пространствено разпределение, разлагаща към периферията. Това обяснява защо някои от тръбите се избягва отряд. Но това, което причинява Aurora B киназа разпределени по този начин?

В търсене на обяснение предполага, че "протеин лепилото" държи страната центромера до друг, все още има сайтове с които участва Aurora B киназа. Първоначално се Aurora В киназата е ензим, плаващ в разтвора в неактивна форма и активиран, когато са свързани с хромозома.

Ако въз основа на тези предположения, броят трябва да бъде разпределен, както в Aurora киназа спрямо kinetochores, моделът ще бъде много подобен на този, получен в експеримента; Само ъгли в експеримента са по-плавни.