Чтобы новое растение выросло из семени, клетки должны многократно делиться. Каждая из дочерних клеток может выполнять разные задачи и иногда различаться по размеру. То, как растения определяют плоскость клеточного деления в этом процессе, известном как митоз, изучается профессором доктором Ральфом Рески и доктором Еленой Козгуновой из Фрайбургского университета в сотрудничестве с профессором доктором Гохта Гошима из Нагойский университет.
Работая с Physcomitrella — моховым растением, они теперь определили, как митотический аппарат локализован в растительной клетке: «Используя клетки мха, мы смогли наблюдать неожиданный процесс, который важен для положения места клеточного деления у растений. Этот процесс может быть гораздо более похож на деление клеток животных, чем считалось ранее», — комментирует Рески из кластера передового опыта CIBSS результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Communications.
Когда клетки делятся, микротрубочки — динамическая сеть белковых нитей — образуют митотическое веретено, которое разделяет хромосомы и объединяет их в две дочерние клетки. Здесь растения и животные различаются: однажды сформировавшись, веретено остается на том же месте в растительных клетках. В клетках животных веретено движется во время клеточного деления. Клетки делятся там, где они останавливаются. Необычность клеток мхов состоит в том, что в процессе митоза они не образуют пояса из микротрубочек и актиновых филаментов, являющихся элементами цитоскелета. До сих пор считалось, что эта «препрофазная полоса» (PPB) определяет, где формируются веретена и где они локализуются у растений. «Но почему митотическое веретено статично в клетках мха, как и в других растениях, хотя препрофазной полосы нет?» — недоумевала Козгунова.
Мобильные веретена, ранее неизвестные растениям
Чтобы решить эту загадку, команда прибегла к хитростям молекулярной биологии: они модифицировали раскидистый земляной мох (Physcomitrella), удалив пять генов. Исследователи знали, что они напоминают животный ген молекулы, играющей важную роль в митозе: белок TPX2 принимает участие в сборке митотического веретена у животных.
Под микроскопом исследователи наблюдали митоз у мхов без генов TPX2. Они были поражены, обнаружив, что в этих клетках веретена теперь двигались во время клеточного деления в лиственных побегах, известных как гаметофоры. «Движение веретена никогда раньше не регистрировалось в растительных клетках», — объясняет Козгунова. Такие клетки делились неравномерно, и по мере развития растения это приводило к порокам развития.
Перетягивание каната в цитоскелете
Затем исследователи приступили к влиянию на актиновый скелет клеток и показали, что актиновые филаменты перемещают митотическое веретено: «Это своего рода перетягивание каната между микротрубочками и актином, которое позиционирует митотическое веретено в клетке. Это похоже на процессы в клетках животных», — сообщает Рески. Точно так же актиновые филаменты важны для транспорта веретена в клетках животных. Эти результаты помогают исследователям определить, какие сигналы определяют судьбу клеток по мере их развития. Они надеются, что это улучшит понимание роста растений и, в конечном итоге, нашей способности влиять на него.
Записи клеточного деления были произведены в Центре визуализации жизни, центральном объекте Кластера передового опыта CIBSS — Центра интегративных исследований биологических сигналов при Фрайбургском университете.
