Clathrin -samling definerer begyndelsen og geometrien af ​​kortikal mønster

Forskere fra Mechanobiology Institute, Singapore (MBI) ved National University of Singapore, rapportere, at endocytose, som tidligere blev antaget at være en tilfældig proces, sker faktisk på en koordineret måde gennem kollektiv dynamik. Arbejdet, ledet af adjunkt Wu Min, viste, hvordan en større endocytisk vej medieret af protein clathrin, blev fundet at begynde med periodiske vandrende bølger af clathrin, som blev koblet tidsmæssigt og rumligt til nedstrøms kortikale aktinbølger. Clathrin endocytiske bølger blev her identificeret som opstrøms initiator for kortikale aktinbølger. Dette værk blev offentliggjort i Udviklingscelle den 20. november 2017.

"En fjers fugle flokkes sammen" er et gammelt ordsprog, der bruger naturens kollektive dynamik til at beskrive grupperingstendenser for levende væsener. Fugle flokkes ikke kun sammen, men det gør også utallige eksempler gennem livet, fra det makroskopiske til det mikroskopiske, herunder fiskeskoler, kolonier af bakterier, grupper af vandrende celler og endda nogle proteiner. Kollektiv dynamik er derfor et naturligt fænomen, der opstår, når dynamikken for hvert individ i gruppen bliver synkroniseret med hinanden, giver en kollektiv visuel og funktionel effekt.

Inden for celler, Den kollektive dynamik af cytoskeletproteinet actin er velkendt. Actin er et filamentholdigt protein, som sammen med andre cytoskeletale elementer danner et dynamisk netværk af filamenter, der giver både strukturel støtte, såvel som kritiske funktionelle evner, til cellen. Den koordinerede samling og demontering af actin i cellebarken, der ligger lige under plasmamembranen, genererer kortikale aktinbølger, der er afgørende for vigtige cellefunktioner, herunder migration og cellepolaritet.

Selvom proteiner, der deltager i dannelsen af ​​kortikale bølger, er blevet identificeret, de faktorer/processer, der udløser deres begyndelse, eller fastlægge de retninger, de vil sprede sig i, ikke var kendt.

Clathrins rolle ved initiering af kortikale aktinbølger

Da endocytiske proteiner som F-BAR har vist sig at spille en rolle i kortikale aktinbølger, forskerne søgte at forstå sammenhængen mellem endocytose og kortikale aktinbølger. Endocytose er en grundlæggende membranhandel, hvor celler optager eksterne faktorer, såsom proteiner og patogener. Der er flere former for endocytose, hvoraf Clathrin-medieret endocytose (CME) er et vigtigt eksempel. CME initieres ved binding af en ligand til en receptor, efterfulgt af membraninvasion, belægning af invaginationen af ​​det triskelionformede protein clathrin, og spirende af den clathrinovertrukne vesikel.

Brug af følsom levende cellebilleddannelse, teamet bemærkede, at endocytiske bølger initieret af clathrin dukker op i nogle cellepopulationer. Disse clathrinbølger var tidsmæssigt relateret til og koordineret med nedstrøms bølger af F-BAR og andre aktinregulerende proteiner såsom Cdc42 og N-WASP. Forskerne observerede, at for en sådan koordinering mellem de endocytiske og kortikale bølger, en feedback mellem nedstrøms F-BAR/Cdc42/N-WASP og clathrin var påkrævet.

Feedback, som kobler initiering af endocytiske bølger af clathrin til kortikale aktinbølger, er analog med en gruppe mennesker, der går på en vaklende bro. Som et individuelt trin på broen, en lille bevægelse af broen vil blive genereret. Denne bevægelse vil stige, når en anden person går i synkronisering med den første. Den resulterende svajende bevægelse af broen tvinger andre på broen til at gå synkront. Imidlertid, når de er væk fra broen, feedbackkoblingen er tabt, og folk kan igen gå i deres eget tempo.

En lignende situation kan forestilles for CME. Under normale forhold er der ingen koordinering mellem clathrin -samling og kortikale aktinbølger, og derfor forekommer CME som en tilfældig proces. Imidlertid, endocytiske bølger kan initieres af clathrin gennem en positiv feedback -mekanisme mellem clathrin og nedstrøms proteiner, som omfatter actinregulerende proteiner såvel som membranproteiner, såsom PIP3. Det her, træde i kræft, ser clathrin regulere begyndelsen af ​​kortikale aktinbølger.

Find sammenhængen mellem endocytose og kortikale aktinbølger

Denne undersøgelse rapporterer for første gang forekomsten af ​​kollektiv dynamik i endocytose og viser, hvordan dette regulerer begyndelsen af ​​kortikale aktinbølger. Forbindelsen mellem endocytose og generering af kortikale aktinbølger kan give dybere indsigt i, hvordan celler opretholder plasmamembranens sammensætning og dynamik.