Biologen beantwoorden fundamentele vraag over de celgrootte

De noodzaak om precies de juiste hoeveelheid eiwit te produceren ligt ten grondslag aan de opvallende uniformiteit van maten. In mensen, celgrootte kan meer dan 100-voudig verschillen, uiteenlopend van de kleine rode bloedcellen tot grote neuronen. Echter, in elk celtype, er is zeer weinig afwijking van een standaard formaat. In studies van gist, MIT onderzoekers groeide cellen 10 keer hun normale grootte en vond dat hun DNA niet kon houden met de eisen van de productie van voldoende eiwitten om de normale celfuncties te handhaven. MIT biologen hebben het antwoord gevonden op een fundamentele biologische vraagstelling: Waarom zijn de cellen van een bepaald type allemaal even groot?

MIT onderzoekers ontdekten dat wanneer ze gestopt celdeling in menselijke fibroblastcellen, zij werden abnormaal groot en ging toen een niet-delende toestand bekend als senescentie (rechter paneel). onbehandelde, normale grootte fibroblasten worden links getoond. Beeld: Gabriel Neurohr

voorts, de onderzoekers gevonden dat dit eiwittekort leidt de cellen in een niet-delende toestand bekend als senescentie, hetgeen duidt op een mogelijke verklaring voor hoe cellen worden ouder wordende als ze ouder worden.

“Er zijn zo veel hypothesen die er zijn die proberen uit te leggen waarom veroudering gebeurt, en ik denk dat deze gegevens levert een mooie en eenvoudige verklaring voor veroudering,”Zegt Angelika Amon, de Kathleen en Curtis Marble Professor in Cancer Research in het departement Biologie en een lid van de Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Amon is de senior auteur van de studie, die verschijnt in het februari. 7 online editie van Cel. Gabriel Neurohr, een MIT postdoc, is de eerste auteur van het papier.

overdimensionering

Om te onderzoeken waarom cel grootte wordt zo streng gecontroleerd, de onderzoekers verhinderd gistcellen uit delen door het modificeren van een gen essentieel voor celdeling, zodat het kan worden uitgeschakeld op een bepaalde temperatuur. Deze cellen blijven groeien, maar ze konden niet verdelen en ze hebben hun DNA niet repliceren.

De onderzoekers ontdekten dat als de cellen uitgebreid, hun DNA en hun eiwit-gebouw machines kon geen gelijke tred houden met de behoeften van een dergelijke grote cel. Dit onvermogen om voldoende eiwit te produceren geleid tot de verdunning van het cytoplasma en verstoring van de celdeling. De onderzoekers zijn van mening dat veel andere fundamentele cellulaire processen die afhankelijk zijn van de cellulaire moleculen vinden en interactie met elkaar ook kunnen worden verstoord wanneer cellen zijn te groot.

“Theoretische modellen voorspellen dat het verdunnen van het cytoplasma reactiesnelheden zal afnemen. Elke chemische reactie trager zouden optreden, en bepaalde drempel concentratie van bepaalde eiwitten kunnen niet bereikbaar, dus bepaalde reacties nooit zou gebeuren, omdat de concentraties lager,”Neurohr zegt.

De onderzoekers toonden aan dat gistcellen met twee sets chromosomen in staat waren om te groeien tot tweemaal de grootte van gistcellen met slechts één set chromosomen voordat hij verouderend, suggereert dat de hoeveelheid DNA in de cellen is de beperkende factor in het vermogen van de cellen om te groeien.

Experimenten met menselijke cellen leverden vergelijkbare resultaten: In een studie van de menselijke fibroblast cellen, de onderzoekers gevonden dat het forceren van de cellen om te groeien tot overmatige maten (acht keer hun normale grootte) verstoord vele functies, waaronder celdeling.

“Het is duidelijk al enige tijd dat cellen controle over hun omvang geweest, maar het is onduidelijk wat de verschillende fysiologische redenen zijn waarom ze dat doen,"Zegt Jan. Skotheim, een associate professor in de biologie aan de Stanford University, die niet betrokken was bij het onderzoek. “Wat er leuk is aan dit werk is het echt laat zien hoe de dingen verkeerd gaan wanneer de cellen te groot.”

-Age-gerelateerde ziekte

Amon zegt excessieve groei waarschijnlijk speelt een belangrijke rol in de ontwikkeling van veroudering, dat voorkomt in vele soorten van zoogdiercellen en wordt gedacht bij te dragen aan leeftijd gerelateerde orgaanfalen en chronische ouderdomsziekten.

Verouderde cellen zijn vaak groter dan jongere cellen, en deze studie, waaruit bleek dat de groei van ongecontroleerde cel leidt tot senescentie, biedt een mogelijke verklaring voor deze waarneming. Menselijke cellen hebben de neiging om iets groter gedurende hun leven te laten groeien, want elke keer dat een cel deelt, controleert het DNA-schade, en indien wordt vastgesteld, deling gestopt terwijl reparaties worden uitgevoerd. Gedurende elk van deze vertragingen, de cel groeit iets groter.

“Gedurende de levensduur van een cel, hoe meer divisies die je maakt, hoe hoger uw kans is van het hebben van die schade, en na verloop van tijd cellen zal groter worden,”Amon zegt. “Uiteindelijk krijgen ze zo groot dat ze beginnen te verdunnen kritische factoren die belangrijk zijn voor proliferatie.”

Een moeilijke vraag die onbeantwoord is relaties tussen de cellen behouden de juiste grootte voor het celtype, die de onderzoekers hopen nu verder te studeren.

Bron: http://news.mit.edu, door Anne Trafton