В МФТИ сплели сеть из клатрина и сложили из нее пузырёк

С помощью полимеризации этого белка клетки живых существ захватывают материал из окружающей их среды в везикулы.

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 полимеризаци 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 одинаковым, 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.