9.2. Цитоскелет и позиционирование органелл

Изучение роли цитоскелета в различных процессах значительно облегчает наличие природных веществ, выделяемых, как правило, из растений, обладающих способностью избирательно деполимеризовать МТ (нокодазол, колхицин, винбластин и др.) или фибриллярный актин (цитохалазины, латринкулин В и т. д.). Практически все ранние работы сделаны с их помощью, и лищь впоследствии были подключены методы молекулярной биологии.

Так, с помощью этих препаратов было показано, что цитоскелет участвует в поддержании постоянной локализации основных органелл в клетке, так называемом позиционировании. В основном это касается взаимного расположения ядра и аппарата Гольжи, который локализован обычно в непосредственной близости от ЦОМТ, а ЦОМТ, в свою очередь, располагается рядом с ядром. В поляризованной клетке, например, движущейся, ЦОМТ перемещается к той стороне ядра, котрая ближе к ведущему краю. Туда же релокализуется и аппарат Гольжди.

Если окрасить клетки млекопитающих антителами к белкам АГ и исследовать их расположение с помощью иммунофлуоресценции, то аппарат Гольджи будет выглядеть как одна или несколько крупных структур, «прилегающих» к ядру ввиде серпа неправильной формы. Если же обработать клетки агентом, разрушающим МТ, то единый АГ «рассыпется» на массу мелких везикул, распределенных по всей цитоплазме. Нет ничего удивительного в том, что после фрагментации АГ его транспортная функция нарушается, и вновь синтезированные белки оказываются не в состоянии пройти необходимые модификации и добраться до пунктов конечного назначения. Однако затем (через 1–2 ч) транспорт и созревание белков восстанавливается, хотя аппарат Гольджи все так же фрагментирован. Электронно-микроскопический анализ показывает, что фрагменты цистерн перераспределяются непосредственно к местам формирования транспортных везикул из ЭПР (так называемых «exit sites), где собираются в функционально полноценные мини-стопки.

Это означает, что МТ сами по себе не отвечают за структурную организацию АГ, но, «стягивая» фрагменты аппарата к ЦОМТ, поддерживают его как единую целостную структуру.

Вполне ожидаемо ведет себя и околоядерное скопление эндосом на позних стадиях эндоцитоза – оно рассыпается и эндосомы не кластеризуются в отсутствие МТ. Эффективность деградации грузов, т. е. взаимодействия с лизосомами, существенно снижается.

Что происходит с аппаратом Гольджи при разборке МФ? Во-первых, сам фибриллярный актин претерпевает коллапс и собирается в агрегаты в области ЦОМТ. Во-вторых, АГ практически «схлопывается», компактизуясь в той же области. Таким образом, МФ в норме «тянут» АГ к периферии. Отмывка цитохалазина приводит к восстановлению нормальных актиновых структур, включая стресс-фибриллы, и восстановлению исходного вида АГ.

Таким образом, локализация органелл – результат баланса между двумя элементами цитоскелета. В значительной степени позиционирование определяется набором и активностью моторных белков.

Наличие некоего моторного белка на мембране органеллы еще не означает ее перемещения в определенном направлении, поскольку с органеллами могут быть связаны как активированные моторы, так и неактивные. В последнем случае они могут работать как якоря, а в активированном – участвовать в транспортных процессах. Хотя АГ не использует МФ в качестве «рельсов», на мембранах аппарата обнаружен моторный белок миозин, который, скорей всего, участвует именно в позиционировании АГ.

Роль промежуточных филаментов изучена довольно слабо, однако известно, что при их отсутствии ядро в клетке начинает вращаться вокруг своей оси, наматывая на себя микротрубочки. Промежуточные филаменты образуют сеть, повторяющую сеть МТ, и участки ПФ могут транспортироваться по МТ в ходе сборки. При деполимеризации МТ ПФ коллапсируют в плотные пучки или кольца вокруг ядра. Оттуда же начинается их восстановление.

Скорее всего, роль промежуточных филаментов сводится к стабилизации взаимодействия МФ и МТ систем, а сами по себе они способны образовывать достаточно жесткую сеть.