2013: Научные достижения ученых физфака МГУ
"Микротрубочка развивает силу до 30 пН"

Ученые физфака МГУ со своими американскими коллегами выяснили роль микротрубочек в процессе деления хромосом.

Одна из ключевых функций живой клетки – способность точно и своевременно разделить генетический материал (хромосомы) между двумя дочерними клетками. На сегодня по крайней мере для некоторых организмов известно, что роль основного двигателя, осуществляющего эту работу, выполняют микротрубочки. Эти клеточные полимеры, представляющие собой полые трубки диаметром 25 нм, существуют в состоянии роста (сборки) или укорочения (разборки). В состоянии укорочения разбирающийся конец микротрубочки образован отгибающимися наружу нитями, которые за счет гидролиза ГТФ могут толкать присоединенный к ним груз и совершать механическую работу (Nature (2005) vol. 438, 384-8).

Считается, что во время деления клеток хромосомы присоединяются к концам микротрубочек и микротрубочки передвигают их, однако точный механизм такого присоединения пока неизвестен. Кроме того, энергия гидролиза ГТФ во время разборки микротрубочки достаточна для развития 75 пН, однако в экспериментах не наблюдалось сил более 5 пН.

В последней работе исследователей с физического факультета МГУ совместно с коллегами из университетов Колорадо и Пенсильвании (PNAS (2013), vol. 110, 7708-13), мы сделана попытка ответить на оба этих вопроса. Авторы измеряли силу, с которой разбирающаяся микротрубочка смещает стеклянный шарик из центра лазерной ловушки, и выяснили, что на величину этой силы непосредственный эффект оказывает способ присоединения шарика к микротрубочке. Если шарик присоединен к микротрубочке сбоку с помощью коротких связей (<5 нм), то на центр шарика действует в среднем 3 пН. Если же шарик присоединен при помощи искусственных белковых нитей длиной около 100 нм, то в процессе движения за концом микротрубочки он переориентируется в осевое положение за торцом микротрубочки и величина силы, измеренной в центре шарика, возрастает до 30 пН, что отлично согласуется с нашими теоретическими предсказаниями (PNAS (2007) vol. 104, 19017-22). Разница в величине силы объясняется тем, что при боковом закреплении ловушка действует на центр шарика, а микротрубочка – на его поверхность, в результате из-за эффекта плеча ловушка имеет огромное преимущество перед микротрубочкой (Рис. 1). В случае осевого закрепления плечо отсутствует, что дает возможность впервые измерить реальную силу, развиваемую одной микротрубочкой.