4D-модель показывает процессы, происходящие с белками в клетке во время митоза.

Митоз, то есть непрямое деление клетки, — фундаментальный процесс, лежащий в основе органической жизни. Исследователи из Европейской молекулярно-биологической лаборатории (EMBL) разработали интерактивную карту белков, участвующих в делении клетки. Это 4D-модель, позволяющая в динамике увидеть, какая именно группа белков и в каком месте клетки запускает процесс митоза. Работа ученых опубликована в журнале Nature от 10 сентября.

В 2010 году та же группа исследователей обнаружила участки генома человека, вовлеченные в процесс деления клеток. Эти гены кодируют синтез белков, играющих важную роль в митозе. Таких белков сотни, и деление клетки требует скоординированной работы их всех. В частности, комплекс из белка циклина и фермента протеинкиназы стимулирует начало митоза: когда концентрация циклина достигает максимума, это характеризует метафазу. При наступлении анафазы, наоборот, количество циклина в клетке резко уменьшается, потому что его расщепляют ферменты протеасомы. И это только один из примеров.

По словам главы группы исследователей из EMBL, до сих пор ученым удавалось лишь отслеживать работу одиночных белков в живой клетке. Новая же 4D-модель под названием Mitotic Cell Atlas отображает динамику работы отдельных групп протеинов. Ученый может выбрать любую интересующую его комбинацию белков и увидеть, как они функционируют в процессе деления клетки, отслеживая их взаимосвязь.

Mitotic Cell Atlas: модель работы пяти белков во время митоза. Красным цветом показан белок AURKB, зеленым — NUP107, фиолетовым — CENPA, желтым — CEP192 и голубым — *TUBB4B / ©*EMBL

Исследование проводили на клетках линии HeLa, которые широко применяются при исследованиях рака. При помощи технологии CRISPR/Cas9 ученые сделали 28 интересующих их белков флуоресцентными. Затем через микроскоп они увидели, где именно в клетке находится «меченые» протеины в каждый момент времени. Разрешающая способность микроскопа позволила подсчитать количество белков в определенных местах клетки. Далее полученные данные были интегрированы с компьютерной моделью. Использоваться она может для изучения не только митоза, но и других клеточных процессов, запускаемых белками, включая смерть клетки, миграции клеток или распространение раковых клеток. Наблюдая за интерактомом клетки, ученые смогут идентифицировать критические уязвимости, то есть такие процессы, когда один белок выполняет несколько задач. Подобная многофункциональность повышает вероятность возникновения сбоев, что, в свою очередь, вызывает развитие болезней.

В целом около 600 различных белков вовлечены в процесс деления клетки. Соответственно, ученым нужно собрать набор данных по всем этим белкам, чтобы сделать модель целостной. На это может уйти несколько лет работы.