Деление клеток — сложный процесс. В его основе этой лежит немембранная органелла — центросома, состоящая из более чем 200 компонентов. Она отвечает за формирование веретена деления — нитевидной структуры, необходимой для разделения генетического материала. Какие именно части центросомы необходимы и достаточны для формирования веретена, долгое время оставалось загадкой.
Исследователи с кафедры микробиологии и клеточной биологии Индийского научного института (IISc) разработали методику под названием «Светоиндуцированная активация веретена деления» (Light-Induced Spindle Activation, LISA), которая позволяет обратимо активировать киназу Aurora A — ключевой центросомный фермент, необходимый для сборки веретена деления. Эта методика позволяет изучать центросомы и сборку веретена деления гораздо более детально. Она также открывает возможность восстановления клеточного деления путем искусственного воздействия на эти компоненты и процессы в случае их нарушения. Исследование было опубликовано в EMBO Reports.
Ученые полагали, что Aurora A активируется за счет кластеризации — процесса, которому в клетках способствует эволюционно консервативный каркас Cep192. Предыдущие исследования показали, что шарики, покрытые Aurora A, могут запускать нуклеацию микротрубочек в экстрактах яйцеклеток лягушки, однако для активации Aurora A в таких условиях необходим Cep192. С помощью метода LISA исследователи теперь могут обратимо индуцировать кластеризацию Aurora A с помощью синего света и изучать этот процесс независимо от Cep192 в различных типах клеток. Иммуноферментный анализ можно применять непосредственно в живых клетках, в то время как метод с использованием микросфер применим только к клеточным экстрактам.
Чтобы разработать этот метод, Сачин Котак, доцент кафедры молекулярной биологии, и его команда нашли новое применение существующего метода LARIAT, который обычно используется для ингибирования белков путем их кластеризации с помощью света. Команда Котак поняла, что кластеризацию, вызванную светом, можно использовать для активации киназы Aurora A. LARIAT использует растительные белки CRY2 и CIB1, которые могут группироваться в ответ на воздействие синего света.
Сначала исследователи создали в человеческих клетках белок, в котором киназа Aurora A была связана с CRY2. При воздействии синего света на слитый белок CRY2 претерпевает конформационные изменения, которые способствуют его взаимодействию с CIB1. Это, в свою очередь, приводит к кластеризации множества комплексов Aurora A. «Это новый способ запуска и активации искусственного комплекса киназы Aurora A — Aurora A, слитой со светочувствительными растительными белками, — которого достаточно для индукции нуклеации микротрубочек», — добавляет Виньеш Олаккал, первый автор исследования.
В клетках без центросом часто возникают дефекты сборки веретена деления, приводящие к ошибкам в клеточном делении. Команда хотела проверить, может ли метод LISA устранить этот дефект. Сначала ученые химическим путем удалили центросомы из клеток человека, а затем внедрили сконструированную систему кластеризации белка Aurora A. Воздействие синего света во время митоза вызывало кластеризацию Aurora A и эффективно стимулировало нуклеацию микротрубочек. Примечательно, что светоиндуцированной активации Aurora A было достаточно, чтобы восстановить сборку веретена деления и устранить дефекты клеточного деления, вызванные потерей центросом.
По мнению исследователей, LISA также может найти применение в терапии. «Во многих солидных опухолях наблюдается повышенная экспрессия киназы Aurora A, поэтому существуют препараты, нацеленные на нее. Но у Aurora A есть множество мишеней, — объясняет Котак. — Теперь мы сможем выяснить, каковы специфические мишени киназы Aurora A, не связанные с центросомой, в том, что касается нуклеации микротрубочек. Тогда мы найдем другие мишени Aurora A и сможем разработать лекарства».
