Natura ca un manager eficient, sau de ce celula se divide într-o jumătate de oră, știință și viață

Natura ca un manager eficient, sau de ce celula se divide într-o jumătate de oră

Preparat de Elena Veshnyakovskaya.

Viabilitatea oricărui sistem depinde de eficiența feedback-ul său - de cât de prompt și corect identifică sistemul pe care se întâmplă. Dar, în arta de control nu se compară cu natura - prin intermediul unor mecanisme de feedback, pe care le stabilește în toate procesele vitale, timpul este câștigat pe o scară demn de mirare. La fel ca și rularea feedback-ul în timpul diviziunii celulare, a fost dedicat raportul profesorului Fazli Ataullahanova la un seminar la Centrul de Cercetare Hematologie al Academiei Române de Științe Medicale.

ochiurilor de plasă kinetocor flexibilă: fiecare loc desemnat în mod corect se poate retrage din planul kinetocor independent de celelalte și să fie în afara activității Aurora kinazei în zonă.

Deasupra - fixarea corectă: Când microtubuli trage, cromozom stânga „merge“ la stânga și la dreapta - la dreapta; jos - specii de fixare incorecte.

Aurora B kinaza - proteina regulatoare detaseaza toate microtubuli, care ajunge până la. Dacă ea ar putea ajunge la fiecare din microtubuli, celula ar fi niciodată partajate.

Modelul kinetocor. „Primăvara“ - acestea sunt proteine ​​care sunt „lipite“ împreună doi cromozomi. „Primăvară“ poate fi comprimat la un minim de 640 nm, maxim stretch - 1400 nm.

centre de distribuție de legare Aurora B kinazei în model în funcție de tensiunea dintre kinetochore.

Atunci cand o celula se divide, conținutul său sunt distribuite între cele două celule fiice aproximativ la jumătate. Totul - cu excepția ADN-ului. Fiecare moleculă de ADN trebuie să intre în fiecare dintre celulele fiice. Prin urmare, trebuie să ne dublăm primul, iar apoi a pus o copie în celulele fiice. O astfel de diviziune se numește mitoză. Dacă luăm în considerare faptul că, de regulă, moleculele de ADN sunt stocate în mai multe cromozomi - la om, de exemplu, acestea sunt 46 - că deja dificila sarcina este chiar mai dificil.

Să presupunem că avem 46 de cromozomi și 46 de copii. Primul cromozom trebuie plasat la stânga într-o singură celulă. O copie a primei - la dreapta, într-o altă celulă. Al doilea cromozom - la stânga. O copie a doua - la dreapta. Și așa mai departe, până când fiecare dintre celulele fiice nu vor apărea la exact același set de cromozomi, care sunt ambalate seturi identice, respectiv, ale ADN-ului. Celula în sine este destul de mare, câțiva microni; cromozomi care contin ADN-ul - în centru, și au nevoie să se întindă până la marginile. Imaginați-vă că doi oameni într-o cameră întunecată, este necesar să se găsească de simt și distribuiți în mod corect cele 46 de elemente. Se pune întrebarea: modul în care celula reușește să o facă? Ochii ei nu.

O celulă realizează acest lucru cu o precizie uimitoare. Ea nu își poate permite să fie greșit. Dacă ea face o greșeală și greșit va distribui cromozomi, este probabil sa moara, iar acest lucru este cel mai bun. În cel mai rău maldistribution poate duce la transformarea maligna. Prin urmare, celula asigură foarte atent ca cromozomi sunt impartite in mod corespunzator.

Acest scop este deservit de așa-numita ax diviziune. Se compune din doi poli din care toate părțile sunt microtubuli lungi liniare. capete microtubuli lor pot agăța de kinetochores - concepută special pentru acea locație de pe cromozomul. Prins pe kinetochores, microtubuli începe să le trage. În cazul în care copiile ADN-ului au fost distribuiți într-o celulă la întâmplare: acolo în primul rând, există, în afară de ea, - o copie a primei, apoi le caute, să fie în perechi și apoi aceste perechi diviza ar fi destul de dificil, astfel încât celula pentru moment care deține molecula de ADN și o copie a cromozomi sale, „lipite împreună“, în perechi. Apoi, ea începe să se miște cromozomi, atâta timp cât acestea nu sunt aliniate în mod corespunzător: o jumătate în căutarea într-o singură direcție, celălalt - cealaltă. Acum sarcina este simplu: să taie în mijloc și trageți poli. Trebuie doar să fie fixate corect. O astfel de atașament este numit biorientation.

Problema este că capetele microtubuli nu se poate „ști“ dacă e kinetocor corect sau greșit. Toate kinetochores sunt la fel pentru ei, agățându-se de un microtubule pentru unul care va cădea în primul rând pe drum. Prin urmare, există o mulțime de restricții greșite sub care cromozomi se întind spre poli nu va reuși.

În cazul în care microtubuli sunt atașate la kinetochore numai la întâmplare, probabilitatea de atașament corect va fi foarte mică. În acest caz, diviziunea celulara ar fi durat o perioadă nedeterminată. Pentru că, în realitate, se întâmplă destul de repede, astfel încât există factori care cresc probabilitatea de fixare corecte și de a reduce probabilitatea de greșit.

Unii factori sunt destul de evidente. În primul rând, pur și simplu, în virtutea amplasării conductelor și sora cromozomii corect în spațiu mai ușor pentru a obține un punct de sprijin. Microtubulii probabil va ajunge pe dreapta - cel mai apropiat de ea - kinetochore decât greșit. Dar cromozomi într-o celulă în mișcare în mod aleatoriu, schimbarea orientării și poziției lor. Prin urmare, există întotdeauna posibilitatea ca microtubule încă atașați la kinetochores greșit. În plus, este văzut în fotografii electronice care destul de ușor, în unele organisme cresc prin microtubuli kinetochores. Așa că această limitare nu este suficient.

Al doilea factor important - rata la care tubul este asamblat si demontat. Microtubulii - un tip special de polimer, și nu se comportă ca și alți polimeri. În general, polimerul poate fie să crească sau să scurteze, ceea ce face un singur lucru, în cazul în care condițiile de mediu sunt neschimbate. Și microtubuli au două faze: acesta este extins de microni, apoi începe să se scurteze. Această comutare între faze se întâmplă tot timpul, în mod spontan, astfel încât în ​​cazul în care tubul este în creștere din spate, dar nu a primit kinetochore dreapta, este destul de greșit să dezasambleze rapid teren cultivate și începe să crească din nou ușor în direcția opusă.

Astfel, există trei factori care contribuie la fixarea corectă: constrângeri geometrice, viteza cu care este comutată tubul între fazele de creștere și scurtarea și o distanță între kinetochore. Rămâne să se determine dacă există o combinație a acestor factori, în care ar fi, în principiu, este posibil ca toate microtubuli ancorat doar dreptul, care este, dacă cromozomi biorientation se realizează, și dacă da, pentru cât timp. Acest lucru este cel mai usor de evaluat folosind modele fizice și matematice ale mecanicii intracelulare, cunoscând distanța și măsurarea forței cu care microtubuli trage. Pentru acest model au fost administrate diverse combinații de factori și vizualizate, variantă care dă rezultatul de ieșire similară realității.

Singurul model care permite atașarea corectă și nu contrazice nici date experimentale acumulate sau logica, este după cum urmează: constrângere geometrică nu exista microtubuli cresc destul de repede și să devină mai scurte și aleatoriu atașați un rând toate kinetochores pe care le produc, iar mecanismul de corectare a erorilor este că, dacă kinetochores se întindea de centru, microtubuli sunt desprinse nu, iar în cazul în care „comprimat“, care sunt detașate. S-ar părea că se găsește o soluție. Există doar un singur „ci“.

Deoarece kinaza Aurora B „nu face distincție între“ dreptul de fixare greșită, este necesar ca la un moment dat toate tuburile au fost atașate la kinetochore tras în mod corespunzător de ambele părți și „out“ a acțiunilor zonei „otkrepitelya universale“. Un astfel de eveniment minunat cromozomial pereche va trebui să aștepte un timp foarte lung. Iar atunci când ia în considerare faptul că cromozomul uman 46, diviziunea celulelor umane ca modele descrise au avut aproximativ o sută de milioane de ani.

De fapt, o celula se divide aproximativ o jumătate de oră.

În cazul în care face acest câștig imens în timp?

În căutarea unui răspuns uita la closeup kinetocor.

În cazul în care site-urile securizate „îndepărteze“ de la centru împreună, ca să spunem așa, întregul plan kinetocor, stabilizarea de fixare toate: și dreapta și greșit.

Dar să presupunem că fiecare site-ul drept consacrat „salvat singur“: acesta este asociat cu kinetochores proprii, independent de alte proteine ​​„suspensie“. Apoi, site-uri de drept consacrate sunt capabili de a „muta off“ separat, unul câte unul. Ce se întâmplă dacă kinetocor - nu un plan în care locurile de atașare sunt fixate rigid, dar flexibil plasă slab cuplat cu fiecare alte site-uri? Dacă introduceți o grilă în modelul fizic și matematic de corectare a eronat montate de Aurora B kinazei, apoi la 25 de site-uri securizate (ca un om), timpul necesar pentru a biorientation cu o 100000000 ani va fi redus la 30 de minute, care corespunde situației reale.

Din punct de vedere ingineresc, procesul este foarte simplu. Ca multe alte procese intracelulare extrem de solicitante de fiabilitate. Principiul „mai simplu este mai sigur“, în natură, atâta timp cât nimeni nu a anulat.

Detalii pentru curios

În cazul în care Aurora kinaza „știe“ că este necesar să rămână aproape de centru?

Pentru a microtubulilor poate fi fixat pe partea exterioară a kinetochore „sta“ mari complexe de proteine. Un astfel de complex numit KMN - primele litere ale altor trei complexe de proteine ​​din care compilate. Toate cele trei subunități de proteine ​​regleaza Aurora B kinazei.

Deoarece celulele nu au nevoie pentru a lucra în mod constant proteine ​​sunt active, există un mecanism care servește ca universală lor „un comutator“ și „comutator“ - fosforilare și defosforilare, respectiv. Proteinele de reglementare sunt capabile să se atașeze la sfârșitul oricăruia dintre gruparea fosfat proteine ​​de lucru care servește pentru el ceva de genul semnal la acțiune. Când este necesar pentru a opri proteina, o alta proteina de reglementare operațiunea - fosfataza - aceasta va tăia o grupare fosfat și o proteină de lucru merge într-o stare inactivă.

Cel mai recent, grupul Iana Chizmana (Massachusetts, SUA) au putut să demonstreze că Aurora B kinaza fosforileaza KMN-complex, reglând astfel puterea de atașament microtubulilor, în cazul în care toate microtubulilor trei proteina fosforilată ușor să cadă; în cazul în care toate defosforilat, dimpotrivă, destul de ferm atașat. Dar, în cazul în care kinaza Aurora B fosforilează totul, cum apoi unele etanseitate încă reușesc să supraviețuiască? Acest lucru este posibil numai cu condiția că răspândirea în Aurora kinases in celula oarecum limitat.

Sa dovedit că Aurora B kinaza este dominat în centru, dar are o anumită distribuție spațială, descompunere spre periferie. Acest lucru explică de ce unele dintre tuburi este evitată detașare. Dar ceea ce cauzeaza kinaza Aurora B distribuite în acest fel?

În căutarea unei explicații a sugerat că „lipici proteic“ exploatație partea centromere de partea, există încă site-uri cu care este implicată Aurora B kinazei. Inițial, ea însăși Aurora B kinaza este o enzimă, plutind în soluție într-o formă inactivă și activată când este legată de cromozom.

În cazul în care, pe baza acestor ipoteze, numărul trebuie să fie distribuite atât în ​​Aurora kinazei în raport cu kinetochores, modelul ar fi foarte asemănătoare cu cea obținută în experimentul; Numai colțuri în experiment sunt mai lin.