Белковые кольца поддерживают нейронные отростки

Форма клетки зависит от цитоскелетного белка актина. Актиновые нити служат чем-то роде каркаса под мембраной; они могут перестраиваться и менять положение, когда это нужно клетке. У движущихся клеток актин складывается на переднем конце в разветвлённую сеть, давая опору ползущей клетке. А у эритроцитов актин и ещё один белок, спектрин, образуют гексагональные и пентагональные структуры, и такая решётка помогает красным кровяным клеткам преодолевать сжатие и придаёт упругость мембране при путешествии через мелкие кровеносные сосуды.

Словом, никто не сомневается, что актин нужен всем клеткам и есть у всех клеток. Вместе с тем учёные долго не могли понять, как актин ведёт себя в нейронах. То есть было известно, что он необходим нейронам во время роста и опять же для поддержания формы клетки. Но у нейронов есть невероятно длинные отростки-аксоны. Предполагалось, что в них актин должен быть организован как-то иначе, но как? Для этого нужно было рассмотреть клеточный актин более подробно, однако эта задача долгое время была невыполнима: актиновые нити столь многочисленны и так густо переплетены, что увидеть отдельно взятую нитку не представлялось возможным.

Эту задачу удалось решить исследователям из Медицинского института Говарда Хьюза (США) с помощью так называемой стохастической оптической реконструкционной микроскопии (STORM). Суть метода в том, что наблюдение за флюоресцирующей клеткой длится какое-то время, и в каждый момент считываются данные определённого числа светящихся точек. Получается набор стоп-кадров, на каждом из которых схвачены лишь некоторые светящиеся точки. Таким образом у каждого «пиксела» можно намного точнее определить его координату, а при совмещении всех стоп-кадров получается более чёткое изображение, чем при обычной флюоресцентной микроскопии. То есть готовый образ рождается при реконструкции его из множества непонятных изображений. (Сами авторы называют свой метод пуантилистическим.) С помощью STORM можно разглядеть структуры размером 10 нм, что в 20 раз меньше, чем при самой мощной конфокальной сканирующей микроскопии.

Когда исследователи попробовали посмотреть с помощью такого микроскопа на нейронные аксоны, вместо длинных продольных нитей они увидели кольцевые структуры. Аксон был похож на бумажную трубу, которую, чтобы она не схлопывалась, поддерживают по всей длине жёсткие кольца. Между такими актиновыми кольцами находятся спейсеры из спектрина, и благодаря им достигается равномерность и периодичность колец, которые вставлены в аксон каждые 190 нм.

Нейронным аксонам приходится покрывать довольно большие расстояния, при этом они должны быть чрезвычайно прочными, чтобы их нельзя было ни сдавить, ни порвать. Очевидно, такую прочность им обеспечивают цитоскелетные кольца. Такие структуры удалось увидеть только в аксонах; как пишут исследователи в журнале Science, в нейронных дендритах, например, актин формировал привычные длинные нити, располагавшиеся под мембраной вдоль отростка.

Стоит ещё раз подчеркнуть, что такую организацию актина в клетке — в виде колец — никто до сих пор не наблюдал. Авторы работы полагают, что одной лишь механической функцией роль актиновых колец не ограничивается: аксон служит проводником электрохимического сигнала, и, возможно, такие кольца могут как-то участвовать в распределении и регуляции активности ионных каналов, которые обеспечивают движение сигнала.

Подготовлено по материалам Медицинского института Говарда Хьюза.