Изучение взаимодействия кинетохоров хромосом с микротрубочками

• Автор: Ефремов, Артем Константинович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 112 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Мигоз.

1.2 Микротрубочки

1.2.1 Структура микротрубочек.

1.2.2 Динамическая нестабильность.

1.3 Строение кинстохора

1.4 1 комплекс и ДАМкольцо i vi.

1.4.1 Структурные данные

1.4.2 Динамические характеристики.

1.5 Модели взаимодействия кинетохора и микротрубочки

1.5.1 Механизм диффузии со смещением
1.5.2 Механизм силового давления
1.5.3 Электростатический механизм.
1.6 Постановка задачи
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ МИКРОТРУБОЧКИ И ДАМ
2.1 Модель микротрубочки.
2.2 Модель ДАМкольца и его взаимодействия с микротрубочкой.
2.3 Выбор значений констант модели.
ГЛАВА 3. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
3.1 Компьютерные алгоритмы.
3.1.1 Метод грополиса МонтеКарло
3.1.2 Гснератор случайных чисел.
3.2 Экспериментальные методы и материалы.
3.2.1 Приготовление тубулина и нуклеирующих центров.
3.2.2 Проточная камера
3.2.3 Подготовка камеры к эксперименту
3.2.4 Приготовление микрошариков, покрытых комплексами.
3.2.5 Коррекция интенсивности флуоресценции при обработке результатов экспериментов.
3.2.6. Принцип действия лазерной ловушки.
3.2.7 Инструменты и сбор данных
ГЛАВА 4. РЕЗУЛЬТАТЫ
4.1 Увеличение жесткости линкеров кольца ведет к уменьшению силы связывания кольца с микротрубочкой
4.2 ДАМкольцо имеет устойчивое наклонное положение по отношению к оси микротрубочки.
4.3 Слабосвязывающееся с микротрубочкой ДАМкольцо движется но механизму диффузии со смещением.
4.4 Сильносвязывающееся с микротрубочкой ДАМкольцо двигается по механизму силового шагания.
4.5 Сильносвязывающееся с микротрубочкой ДАМкольцо обладает более лучшими динамическими характеристиками, чем слабосвязывающесся ДАМкольцо.
4.6 На закрепленных к покровному стеклу микротрубочках образуются как нормальные ДАМкольца, так и ДАМструктуры в виде недостроенных ДАМколец.
4.7 Микрошарики, покрытые комплексом, ускоряют разборку микротрубочек и обладают высокой процессивностыо движения.
4.8 Уменьшение плотности покрытия комплексом поверхности шариков ведет к уменьшению их скорости движения за деполимеризующимися концами микротрубочек.
4.9 Подтверждение существования ДАМколец между шариками и микротрубочкой в присутствии растворенного в эксперименте с лазерной ловушкой
4. ДАМкольца i vi двигаются по механизму силового давления.
4. ДАМкольца Смутанта двигаются при разборке микротрубочки с большими, чем в случае нативного , скоростями
4. ДАМкольцо, движущиеся за денолимеризующимся концом микротрубочки, совершает прецессивные колебания.
ГЛАВА 5. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
ГЛАВА 6. ВЫВОДЫ
БЛАГОДАРНОСТИ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


При этом модель должна включать в себя тепловые флуктуации, которые не были учтены ни в одной предшествующей модели микротрубочки. Создать и объединить с моделью микротрубочки модель кинетохорных белковых комплексов, взаимодействующих с микротрубочкой, основываясь на их структурных и динамических данных. С помощью получившейся математической модели определить, какими свойствами должны обладать кинетохорные белки, взаимодействующие с микротрубочкой, для наиболее эффективного развития тянущей силы деполимеризующейся кинетохорной микротрубочкой. Понять, как удастся кинетохорным белковым комплексам быть сильно связанными с микротрубочкой и при этом быстро передвигаться. Экспериментально определить но какому из известных теоретических механизмов происходит движение кинетохора во время деления клетки. Была разработана наиболее полная модель кинетохора и его взаимодействия с микротрубочкой, включающая в себя все известные на сегодняшний день структурные и динамические экспериментальные данные. Этого свойства кинетохора до сих пор не могла объяснить ни одна существующая на сей день математическая модель. Не смотря на такое чисто теоретическое предположение, подобные линкеры были совсем недавно обнаружены на электронных фотографиях , что свидетельствует в пользу созданной нами модели. Сравнение результатов модели с существующими экспериментальными данными по динамике кинетохорного белкового комплекса, ответственного за зацепление хромосомы к микротрубочкам, показало, что в природе реализуется силовой механизм движения i кинстохора при разборке микротрубочки, а не механизм диффузии со смещением i ii i. Этот результат также подтверждается проведенными мной экспериментальными исследованиями. Кроме того теоретические расчеты показали, что кинстохор движется наподобие моторных белков его линкеры перешагивают из одного сайга взаимодействия на микротрубочке в другой, используя вместо энергии АТФ энергию упругих напряжений, запасенную в стенке микротрубочки. Подобный механизм движения до сих пор не был никем описан. Кроме того нами было экспериментально показано существование i vi никем ранее не описанных структур, образуемых кинетохорными белковыми комплексами на микротрубочках. Эти структуры обладают кинетическими свойствами, сильно отличающимися от свойств ранее обнаруженных белковых комплексов. Исследование механизмов, участвующих в делении клеток, очень важно при изучении развития раковых заболеваний. Знание процессов, протекающих во время митоза и принципов их действия, может помочь в создании антираковых препаратов и методик лечения. Результатом данной работы является вклад в понимание механизма движения и взаимодействия кинстохора с микротрубочкой, а также выяснение механизма генерации сил, развиваемых кинетохорными микротрубочками во время деления клетки. Создана оригинальная математическая модель взаимодействия микротрубочки и кинетохора, хорошо согласующаяся со всеми существующими экспериментальными данными. С помощью полученной математической модели определены необходимые свойства кинетохорных белков, связывающихся с микротрубочкой, для обеспечения наиболее эффективного функционирования кинетохора. Показано, каким образом можно совместить в кинетохоре два противоречивых свойства сильное связывание с микротрубочкой и высокую подвижность. Экспериментально определен механизм, по которому происходит движение кинетохора во время деления клетки. Экспериментально показано существование ранее никем не описанных структур, образуемых кинетохорными белковыми комплексами на микротрубочках. Эти структуры обладают кинетическими свойствами, сильно отличающимися от свойств ранее обнаруженных белковых комплексов. ГЛАВА 1. Митоз процесс деления клетки. Чтобы не происходило подобных непоправимых катастроф, природа в течение эволюции создала наиболее сложную молекулярную машину в клетке веретено деления, работающее с колоссальной точностью, целью которого является правильная сегрегация хромосом и исправление всевозможных ошибок, связанных с этим процессом, во время митоза. В построении и работе этой структуры участвуют многие сотни белков клетки.