В МФТИ сплели сеть из клатрина и сложили из нее пузырек

 Ученые из МФТИ выяснили, как протекает полимеризация белка клатрина в процессе эндоцитоза — захвата клеткой внешнего материала. Построенная ими компьютерная модель описывает образование как плоских, так и скругленных клатриновых «сетей», с помощью которых клетка производит захват. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

При эндоцитозе, когда какое-либо вещество приближается к поверхности клетки, рецепторы подают сигнал клеточной мембране, и в ней образуется особая впадина — везикула. Вещество втягивается внутрь впадины, она углубляется, и ее края смыкаются, запирая вещество внутри пузырька. Стенки везикул строятся из полимера специального белка — клатрина. Именно процесс полимеризации этого белка определяет, как быстро будут реагировать везикулы.

Молекулы клатрина состоят из двух отдельных цепей, более легкая имеет массу около 30 тысяч дальтон, тяжелая — около 190 тысяч дальтон (масса молекулы воды 18 дальтон). Образование полимерной сети происходит поэтапно. Сначала три молекулы соединяются в одной точке, образуя что-то вроде миниатюрного трилистника, или, как его называют ученые, трикселиона. Каждый полученный трикселион имеет три свободных полимерных «хвоста», с помощью которых он может соединиться еще с двумя такими же частицами. В результате получается периодическая структура из связанных друг с другом шести- и пятиугольников, напоминающая пчелиные соты или поверхность футбольного мяча.

Российские физики построили компьютерную модель полимеризации клатрина. Структурной единицей в их модели был уже готовый трикселион. Особое внимание специалисты обратили на завершающие этапы полимеризации — образование вогнутого круглого везикула и замыкание пузырька. «Скругление» клатриновой сети происходит за счет появления пятиугольных циклов (структура, состоящая только из шестиугольников, неизбежно будет плоской — вспомним графеновый лист или пчелиные соты).

Ученые варьировали скорость для замыкания разных циклов в своей модели и следили, как это влияет на форму полученной сети. Оказалось, что, если сделать скорость замыкания циклов одинаковой, система будет строить сети с примерно равным количеством пятиугольников и шестиугольников. Однако образования замкнутой сети в этом случае не происходит — для него потребовалось задать значительно более высокую скорость образования пятичленных циклов.

В следующем эксперименте ученые смоделировали процесс быстрого образования вогнутого везикула из плоской сети: сначала системе запретили строить пятичленные циклы и она выстроила плоскую сеть из шестичленных колец, как в графене. Однако, когда сеть достигла определенного размера, ученые резко увеличили скорость образования пятичленных циклов, и «пузырек» замкнулся. Авторы полагают, что такое переключение может происходить и в живых клетках, а сигналами для него могут служить, например, изменения физических свойств клеточной мембраны.

 Ученые из МФТИ выяснили, как протекает полимеризация белка клатрина в процессе эндоцитоза — захвата клеткой внешнего материала. Построенная ими компьютерная модель описывает образование как плоских, так и скругленных клатриновых «сетей», с помощью которых клетка производит захват. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.

При эндоцитозе, когда какое-либо вещество приближается к поверхности клетки, рецепторы подают сигнал клеточной мембране, и в ней образуется особая впадина — везикула. Вещество втягивается внутрь впадины, она углубляется, и ее края смыкаются, запирая вещество внутри пузырька. Стенки везикул строятся из полимера специального белка — клатрина. Именно процесс полимеризации этого белка определяет, как быстро будут реагировать везикулы.

Молекулы клатрина состоят из двух отдельных цепей, более легкая имеет массу около 30 тысяч дальтон, тяжелая — около 190 тысяч дальтон (масса молекулы воды 18 дальтон). Образование полимерной сети происходит поэтапно. Сначала три молекулы соединяются в одной точке, образуя что-то вроде миниатюрного трилистника, или, как его называют ученые, трикселиона. Каждый полученный трикселион имеет три свободных полимерных «хвоста», с помощью которых он может соединиться еще с двумя такими же частицами. В результате получается периодическая структура из связанных друг с другом шести- и пятиугольников, напоминающая пчелиные соты или поверхность футбольного мяча.

Российские физики построили компьютерную модель полимеризации клатрина. Структурной единицей в их модели был уже готовый трикселион. Особое внимание специалисты обратили на завершающие этапы полимеризации — образование вогнутого круглого везикула и замыкание пузырька. «Скругление» клатриновой сети происходит за счет появления пятиугольных циклов (структура, состоящая только из шестиугольников, неизбежно будет плоской — вспомним графеновый лист или пчелиные соты).

Ученые варьировали скорость для замыкания разных циклов в своей модели и следили, как это влияет на форму полученной сети. Оказалось, что, если сделать скорость замыкания циклов одинаковой, система будет строить сети с примерно равным количеством пятиугольников и шестиугольников. Однако образования замкнутой сети в этом случае не происходит — для него потребовалось задать значительно более высокую скорость образования пятичленных циклов.

В следующем эксперименте ученые смоделировали процесс быстрого образования вогнутого везикула из плоской сети: сначала системе запретили строить пятичленные циклы и она выстроила плоскую сеть из шестичленных колец, как в графене. Однако, когда сеть достигла определенного размера, ученые резко увеличили скорость образования пятичленных циклов, и «пузырек» замкнулся. Авторы полагают, что такое переключение может происходить и в живых клетках, а сигналами для него могут служить, например, изменения физических свойств клеточной мембраны.