МОТОРЫ СОТРУДНИЧЕСТВА

Сегодня уже можно говорить о доброй традиции, которая сложилась вопреки политической напряженности в мире и в отношениях двух стран. Нынешняя встреча российских и британских специалистов на Урале проходила в рамках перекрестного Года науки и образования России и Великобритании и была приурочена к официальному Дню рождения Королевы, который отмечали нынче в тот же день, 15 июня. Посол Великобритании в России доктор Лори Бристоу, выпускник Кембриджского университета, откуда прибыли британские участники научного кафе, убежден, что наука как явление глобальное и интернациональное неизбежно вписывается в российско-британские отношения, какими бы сложными они ни были. Ученые, работающие в разных сферах (сам Лори Бристоу изучал в Кембридже ирландскую литературу), колоссально обогащают понимание мира, в котором мы живем. Перспективы научного сотрудничества Великобритании и России посол Ее Величества связывает с молодыми специалистами, которые будут делать науку в XXI веке.

Участники пятого научного кафе обсуждали узкоспециальные проблемы из области молекулярной биологии: функции и механизмы работы миозиновых моторов в живых клетках. Британскую сторону представляли профессор Джон Кендрик-Джонс, доктор Фольма Бусс, доктор Антонина Круппа и доктор Джеймс Вилкинсон (все четверо — на фото вверху), российскую — доктор биологических наук Сергей Бершицкий, зав. лабораторией биологической подвижности Института иммунологии и физиологии УрО РАН.

Прежде чем приступить к краткому изложению докладов, приведем определение термина, без которого невозможно получить представление о предмете обсуждения. Белок миозин — один из главных компонентов сократительного аппарата мышечных клеток. Молекулы миозина, которые являются биологическими моторами, при взаимодействии с другим белком — актином — обеспечивают многообразие биологической подвижности: от внутриклеточного транспорта, деления клеток до их движения и мышечного сокращения.

Доктор биологических наук С.Ю. Бершицкий, сотрудничающий с британскими коллегами уже почти тридцать лет, сделал подробный обзор исследований  молекулярных механизмов мышечного сокращения, которые начались в Кембриджском университете в 1950-е гг. Правда, еще в 1939 г. академик В.А. Энгельгардт и профессор М.Н. Любимова установили, что при взаимодействии миозина с актином потребляется энергия расщепления АТФ — аденозинтрифосфорной кислоты. До тех пор пока молекулярная структура мышцы была неизвестна, считалось, что она сокращается за счет укорочения продольных мышечных волокон. В начале 1950-х гг. две группы британских ученых, одну из которых возглавлял будущий лауреат Нобелевской премии (за теорию нервного импульса), а впоследствии президент Лондонского Королевского общества и ректор знаменитого кембриджского Тринити колледжа Эндрю Хаксли, а другую — его однофамилец Хью Хаксли, начинавший научную карьеру в лаборатории молекулярной биологии Кембриджского университета, независимо друг от друга пришли к выводу, что при сокращении мышцы продольные — тонкие и толстые — нити внутри волокна скользят друг относительно друга, не меняя своей длины, а механическую работу совершают «поперечные мостики». Как выяснилось впоследствии, они представляют собой головки молекул миозина, образующих толстые нити, циклически взаимодействуют с актином тонких нитей, заставляя их перемещаться относительно толстых. Статьи обоих ученых в соавторстве с коллегами были опубликованы в одном номере журнала “Nature” в 1954 г. Модель скользящих нитей составляет основу современных представлений о механизме работы мышц. Эндрю Хаксли и его сотрудники разработали методы измерения относительного перемещения нитей в составе волокна с точностью порядка нанометра и создали аппаратуру для исследования реакции силы, развиваемой мышечным волокном в ответ на быстрые изменения его длины с субмиллисекундным временным разрешением. В 1971 г. Э. Хаксли и его сотрудник Р. Симмонс измерили механические характеристики одиночных миозиновых молекул в экспериментах на мышечных клетках и сформулировали модель «поворачивающегося мостика», которая спустя четверть века получила прямое подтверждение с помощью рентгенодифракционных экспериментов и белковой кристаллографии. Существенный вклад в исследования механизмов мышечного сокращения внесли Р. Лимн и Э. Тэйлор, показавшие связь биохимических и механических процессов в мышце.

Сергей Бершицкий и его коллега доктор биологических наук Андрей Цатурян занялись этой проблематикой в 1980-е гг. Они поставили методику субмиллисекундного скачка температуры в одиночном мышечном волокне и исследовали реакцию сокращающейся мышцы на быстрое нагревание. Их результаты заинтересовали Эндрю Хаксли, приехавшего в СССР в 1989 г. по приглашению тогдашнего президента АН СССР академика Г.И. Марчука. Мэтр предложил молодым ученым поработать в Великобритании. С тех пор началось многолетнее сотрудничество британских и российских специалистов, во многом благодаря которому была создана двухстадийная модель мышечного сокращения. В лаборатории, возглавляемой С.Ю. Бершицким, величину шага молекулы миозина измеряют с помощью «оптической ловушки» на установке, собранной руками самих ученых.

Доклад профессора Джона Кендрика-Джонса (лаборатория молекулярной биологии Совета медицинских исследований, университет Кембриджа) был посвящен разнообразию видов и функций миозинов. Он отметил, что в регуляции мышечного сокращения важнейшую роль играет кальций, который мобилизует миозины на выполнение разнообразных клеточных функций, и проследил эволюцию этих процессов от моллюсков до млекопитающих.

Сравнение аминокислотных последовательностей моторных доменов 2269 разных миозинов из 328 организмов позволило профессору Кендрику-Джонсу построить филогенетическое древо миозинового «суперсемейства». У эукариотов (организмов, клетки которых содержат ядра) миозины подразделяются на 35 классов. В клетках человека 39 видов миозинов из 12 классов. Докладчик представил доменную структуру миозинов человека, методики измерения величины «шага» миозина, движущегося вдоль актиновых нитей, рассмотрел многие другие узкоспециальные вопросы. В заключение он сформулировал основные функции, которые выполняют миозины в клетках: они транспортируют карго («грузы») вдоль актиновых нитей, участвуют в формировании ламелоподий и филоподий — выступов клеточной мембраны, с помощью которых клетки передвигаются, удерживают органеллы (компоненты клеток), регулируют цитоскелетную организацию актинов.

Доктор Фольма Бусс (Институт медицинских исследований, Кембриджский университет) в своем докладе продолжила рассмотрение регуляторных функций различных миозинов в клетках, ответив на вопрос, как миозиновые молекулы идентифицируют и прикрепляют карго. Она также остановилась на медицинских аспектах изучения миозинов, подробно проанализировав двойственную роль миозина VI в развитии сальмонеллезной инфекции.

Доктор Антонина Круппа, также представляющая Институт медицинских исследований Кембриджа, показала, как миозины вовлекаются в процессы аутофагии (утилизации клеткой погибших или отработанных внутренних компонентов) и нейродегенерации, т.е. прогрессирующей гибели нервных клеток. Актуальны, в частности, исследования связи процессов, в которых участвуют миозины, с развитием болезни Паркинсона.

Директор британского офиса компании “NanoTemper Technologies” доктор Джеймс Вилкинсон рассмотрел биофизические методы создания лекарственных препаратов. Отметив, что во всем мире выявление биологически активных веществ — очень дорогостоящее занятие, докладчик представил некоторые разработки компании, способствующие более эффективному поиску фармакологических мишеней.

Завершилось заседание оживленной дискуссией, в которой активное участие приняли молодые ученые Уральского отделения РАН.