Исследование показало, что клетки «выносят мусор» перед делением

Прочитано: 121 раз(а)


Исследователи Массачусетского технологического института обнаружили, что перед тем, как клетки начинают делиться, они проводят небольшую очистку, выбрасывая молекулы, которые им больше не нужны.

Используя новый метод, разработанный ими для измерения сухой массы клеток, исследователи обнаружили, что клетки теряют около 4 процентов своей массы, когда вступают в клеточное деление. Исследователи считают, что это освобождение от мусора помогает клеткам дать своим потомкам «новый старт» без накопленного мусора родительской клетки.

«Наша гипотеза заключается в том, что клетки могут выбрасывать то, что накапливается, токсичные компоненты или просто то, что не функционирует должным образом, чего вы не хотите иметь там. Это может позволить новорожденным клеткам родиться с более функциональным содержимым. », — говорит Теему Миеттинен, научный сотрудник Массачусетского технологического института и ведущий автор нового исследования.

Скотт Маналис, профессор инженерии им. Дэвида Х. Коха на кафедрах биологической инженерии и машиностроения, а также член Коховского института интегративных исследований рака, является старшим автором статьи, опубликованной сегодня в eLife . Студенты биологической инженерии Массачусетского технологического института Кевин Ли и Элис Лэм также являются авторами статьи.

Измерение сухой массы клетки

Измерение сухой массы клетки — веса ее содержимого без учета воды — обычно проводится с использованием метода микроскопии, называемого количественной фазовой микроскопией. Этот метод может измерять рост клеток , но он не дает информации о молекулярном составе сухой массы, и его трудно использовать с клетками, которые растут во взвешенном состоянии.

Лаборатория Маналиса ранее разработала метод измерения плавучей массы клеток, то есть их массы, когда они плавают в такой жидкости, как вода. Этот метод измеряет плавучую массу путем пропускания клеток через канал, встроенный в вибрирующий кантилевер, что можно делать неоднократно, чтобы отслеживать изменения массы конкретной клетки в течение многих часов или дней.

Для своего нового исследования исследователи хотели адаптировать технику, чтобы ее можно было использовать для расчета сухой массы клеток, а также плотности сухой массы. Около 10 лет назад они обнаружили, что могут рассчитать сухую массу клетки, если сначала измерили клетку в обычной воде, а затем в тяжелой воде (содержащей дейтерий вместо обычного водорода). Эти два измерения можно использовать для расчета сухой массы клетки.

Однако тяжелая вода токсична для клеток, поэтому им удалось получить только одно измерение на клетку. В прошлом году Миеттинен решил посмотреть, сможет ли он разработать систему, в которой клетки можно было бы многократно измерять с минимальным воздействием тяжелой воды.

В системе, которую он придумал, клетки очень короткое время подвергаются воздействию тяжелой воды, поскольку они проходят через микрожидкостные каналы. Клетке требуется всего одна секунда, чтобы полностью заменить содержащуюся в ней воду, поэтому исследователи смогли измерить массу клетки, когда она была заполнена тяжелой водой, сравнить ее с массой в обычной воде, а затем рассчитать сухую массу.

«Наша идея заключалась в том, что если мы минимизируем воздействие тяжелой воды на клетки, мы могли бы спроектировать систему так, чтобы мы могли повторять это измерение в течение продолжительных периодов времени, не повреждая клетку», — говорит Миеттинен. «Это позволило нам впервые отслеживать не только сухую массу клетки, что другие делают с помощью микроскопических методов, но и плотность сухой массы, которая информирует нас о биомолекулярном составе клетки».

Исследователи показали, что их измерения сухой массы качественно согласуются с предыдущей работой с использованием количественной фазовой микроскопии. И, помимо обеспечения плотности сухой массы, метод команды Массачусетского технологического института обеспечивает более высокое временное разрешение, что оказалось полезным для выявления динамики во время митоза (деления клеток).

Что происходит с клеточной массой?

В клетках, подвергающихся митозу, исследователи использовали свою новую технику для изучения того, что происходит с клеточной массой и составом во время этого процесса. В статье 2019 года Миеттинен и Маналис обнаружили, что плавучая масса немного увеличивается с началом митоза. Однако другие исследования, в которых использовалась количественная фазовая микроскопия, показали, что клетки могут сохранять или терять сухую массу в начале клеточного деления.

В новом исследовании команда Массачусетского технологического института измерила три типа раковых клеток, которые легче изучать, поскольку они делятся чаще, чем здоровые клетки. К своему удивлению, исследователи обнаружили, что сухая масса клеток действительно уменьшается, когда они вступают в цикл клеточного деления. Эта масса восстанавливается позже, до завершения деления.

Дальнейшие эксперименты показали, что, когда клетки вступают в митоз, они усиливают активность процесса, называемого лизосомным экзоцитозом. Лизосомы — это клеточные органеллы, которые расщепляют или перерабатывают клеточные отходы, а экзоцитоз — это процесс, который они используют для избавления от любых молекул, которые больше не нужны.

Исследователи также обнаружили, что плотность сухой массы увеличивается по мере того, как клетки теряют сухую массу , что заставляет их полагать, что клетки теряют молекулы низкой плотности, такие как липиды или липопротеины. Они предполагают, что клетки используют этот процесс для очистки от токсичных молекул перед делением. «Мы видим, что клетки могут пытаться выбросить поврежденные компоненты перед делением», — говорит Миеттинен.

Исследователи предполагают, что их результаты могут помочь объяснить, почему нейроны, которые не делятся, с большей вероятностью накапливают токсичные белки, такие как тау-белок или бета-амилоид, которые связаны с развитием болезни Альцгеймера.

Выводы также могут иметь отношение к раку: раковые клетки могут выводить некоторые химиотерапевтические препараты с помощью экзоцитоза, помогая им стать устойчивыми к лекарствам. Теоретически предотвращение экзоцитоза до деления клеток может помочь сделать раковые клетки более восприимчивыми к таким препаратам.

«Есть заболевания, при которых мы могли бы захотеть усилить экзоцитоз, например, при нейродегенеративных заболеваниях , но есть такие заболевания, как рак , при которых мы, возможно, хотим снизить его», — говорит Миеттинен. «В будущем, если бы мы могли лучше понять молекулярный механизм, стоящий за этим, и найти способ запустить его вне митоза или предотвратить его во время митоза, у нас действительно мог бы быть новый переключатель для лечения болезни».

Исследование показало, что клетки "выносят мусор" перед делением



Новости партнеров