Как делящиеся клетки имеют одинаковый размер

Новое исследование, опубликованное 3 июня в журнале Nature, показывает, что первоначальный размер клетки определяет, насколько она вырастет, прежде чем разделится на две части.
Это открытие идет вразрез с недавними публикациями, в которых говорится, что клетки всегда добавляют одинаковое количество массы с некоторыми случайными колебаниями перед началом деления.
«Это похоже на то, как студенты заканчивают колледж», – сказал Линчонг Ю, доцент кафедры инженерии Пола Раффина Скарборо и Центра геномной и вычислительной биологии в Дьюке. "Если они не подготовлены, им потребуется пять или шесть лет, чтобы получить высшее образование, вместо того, чтобы посещать дополнительные занятия и перегружать себя."

Все началось с необъяснимых колебаний. Команда изучала, как гены на кольцевых участках ДНК, называемых плазмидами, разделяются, когда клетки делятся, помечая гены разными флуоресцентными цветами.

«Мы заметили колебания в выражении этих цветов примерно в 30 процентах клеток», – сказал Вы. "И это странно, потому что мы знали, что задействованные гены не регулируются, поэтому это было для нас невероятно непонятным. Мы были очень удивлены."

Проект был инициирован двумя бывшими аспирантами Duke, Ю Танучи и Анандом Паем, ныне докторантами Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Сан-Франциско соответственно. Команда использовала «материнскую машину», изобретенную Сакджуном Джуном из Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы наблюдать за схемами деления отдельных клеток на протяжении многих поколений.

Устройство размещает отдельные ячейки – в данном случае E. бактерии coli – на закрытом конце очень маленьких пробирок. По мере того, как каждая захваченная клетка растет и делится, ее дочерние клетки выталкиваются вверх по трубке, где они в конечном итоге уносятся потоком питательных веществ.
Установка позволяет исследователям наблюдать, как сотни клеток делятся на протяжении десятков поколений, и была ключевой в наблюдении за непостижимыми колебаниями.
«Большинство исследований берут среднее значение для многих клеток или многих поколений, что сделало бы невозможным увидеть эти колебания», – объяснил Ю. «Вот почему анализ отдельных клеток имел решающее значение, потому что эти колебания происходят в течение многих клеточных циклов с различными периодами."

Пытаясь проследить происхождение генетических колебаний, Ю и его команда были еще более удивлены, обнаружив, что начальный размер клетки также колебался в течение нескольких поколений. Проведя месяцы, пытаясь найти причину колебаний, Ю посмотрел на корреляции различных показателей роста, таких как размер клетки при делении, скорость роста и время до деления.

И результаты были поразительно простой линейной зависимостью, показывающей, что начальный размер клетки определяет, сколько биомассы она добавит до начала деления клетки.
Затем вы и его коллеги проверили свои выводы на компьютерных моделях.

Используя те же линейные отношения и добавляя случайные колебания, они смогли воссоздать колебания размера в 30-40 процентах своих виртуальных клеточных линий, как и в их экспериментальных данных.
Хотя группа не знает, как клетки определяют продолжительность роста в зависимости от их первоначального размера, компьютерные модели точно соответствуют их экспериментальным данным. Но убедятся ли другие в их области, еще предстоит увидеть.

«В течение периода обзора нашей статьи были опубликованы две экспериментальные статьи в высокоэффективных журналах, в которых приводились доказательства« модели сумматора »(или« инкрементальной модели »), которая заключается в том, что когда клетки делятся, они добавляют постоянную биомассу на в среднем ", – сказал ты. "Но данные есть данные, и в наших данных мы не видим этого. Эти две модели очень похожи, но они имеют совершенно разные значения того, как клетки поддерживают свой одинаковый размер. Будет интересно посмотреть, как люди отреагируют на нашу газету."

Блог автомобилиста