Белковый клубок миксины

На этой фотографии, сделанной при помощи сканирующего электронного микроскопа, запечатлен клубок, в который свернулась белковая нить диаметром 10 нм и длиной до 15 см. Эти нити вместе с другим компонентом — муцинами — при попадании в воду превращаются в обильную слизь миксины, позвоночного из надкласса бесчелюстных. Муцины — это белки с навешанными на них полисахаридами, они являются основным компонентом секрета слизистых желез животных. Само слово «муцины» происходит от латинского «mucus», что означает «слизь» — они придают секрету свойства геля, то есть как раз превращают его в слизь.

Но слизь миксины — особенная история. Ранее мы уже писали, что если миксину ущипнуть за хвост, она немедленно выделит целое облако слизи (см. Миксина, завязывающаяся в узел) объемом почти литр, что примерно в пять раз больше самого животного. Считается, что миксина применяет слизь в основном для защиты от хищников: образованная почти мгновенно субстанция попадает в жабры нападающего, что для последнего не только неприятно, но и опасно. Кроме того, миксина использует слизь при охоте (для закупоривания жабр добычи) и когда сворачивается в узел — для лучшего скольжения. Но как миксине удается за мгновения выделить такое огромное количество слизи?

Миксина выделяет слизь, пытаясь спастись от назойливых студентов. Фото с сайта chapman.edu

Дело как раз в этих белковых «клубках», которых в слизи большинства других животных нет (а есть только муцины). Слизистые железы миксины имеют особое строение: в каждой из них есть два типа клеток — одни производят муциновые гранулы (пузырьки диаметром 5 мкм), другие — клубки белковых нитей, схожих по составу с кератином волос.

Два продукта слизистых желез миксины: муциновые гранулы (мелкие пузырьки) и клубок белковых нитей (в центре). Длина масштабной линейки — 50 мкм. Фото из статьи D. S. Fudge et al., 2005. Composition, morphology and mechanics of hagfish slime

Когда мышцы вокруг железы сокращаются, содержимое «зрелых» клеток через узкую пору железы выдавливается в воду, где муциновые гранулы прикрепляются к разматывающимся нитям. Связанные с муцинами нити образуют рыхлую сеть, способную задерживать большой объем воды. Вода как раз и есть основной компонент слизи миксины — она составляет 99,9% объема конечного продукта! По расчетам исследователей, одна среднестатистическая шестидесятиграммовая миксина имеет запас клубков и муцинов, достаточный для образования 24 литров слизи!

Отдельный вопрос: как миксина сворачивет такие плотные белковые клубки? Сначала в клетке образуются филаменты длиной 12 нм, из которых потом и прядется нить. Детали процесса пока не изучены, но показано, что катушкой для этих ниток служит клеточное ядро. В процессе сматывания клубка ядро меняет форму, постепенно вытесняясь новыми мотками, и в итоге становится почти плоским. Получается, что новые мотки не наматываются поверх предыдущих, а наоборот, вкладываются в них. Исследователи предполагают, что механизм формирования клубка включает в себя вращение клеточного ядра.

Модель образования клубков в клетках слизистых желез миксины. Слева показано, как меняет форму ядро, справа — как при этом ложатся белковые петли. Рисунок из статьи T. Winegard et al., 2014. Coiling and maturation of a high-performance fibre in hagfish slime gland thread cells

Благодаря белковым нитям структура слизи миксины настолько уникальна, что исследователи говорят о возможности изготовления из нее нового биоразлагаемого полимерного материала. Дело в том, что волокна этой слизи сочетают в себе легкость, тонкость и прочность, подобно паутине. Но белки паутины оказалось очень сложно произвести без участия пауков, а белки слизи миксины уже удалось синтезировать с помощью бактериальных систем. Правда, пока сделанные учеными искусственные волокна сильно уступают в прочности волокнам, созревающим в железах миксины. Также рассматривают возможность использования волокон из слизи миксины в пищевой промышленности для улучшения консистенции некоторых продуктов.

А еще слизь миксины позволяет нам в очередной раз убедиться: то, что на первый взгляд представляется мерзким и скучным, при более глубоком рассмотрении может оказаться красивым и интересным.

Фото © M. Bernards из статьи K. Knight, 2014. Adhesive constrains hagfish thread skeins.

Галина Клинк