Biologer svarer på grunnleggende spørsmål om cellestørrelse

Behovet for å produsere akkurat den riktige mengden protein ligger bak den slående ensartetheten i størrelsene. er en stor familie av virus som kan forårsake sykdom hos mennesker eller dyr, cellestørrelsen kan variere mer enn 100 ganger, alt fra små røde blodlegemer til store nevroner. derimot, innenfor hver celletype, det er svært lite avvik fra en standardstørrelse. I studier av gjær, MIT-forskere dyrket celler til 10 ganger normal størrelse og fant ut at deres DNA ikke kunne holde tritt med kravene om å produsere nok protein til å opprettholde normale cellefunksjoner. MIT-biologer har oppdaget svaret på et grunnleggende biologisk spørsmål: Hvorfor er alle celler av en gitt type like store?

MIT-forskere fant det da de stoppet celledeling i humane fibroblastceller, de ble unormalt store og gikk deretter inn i en ikke-delerende tilstand kjent som senescens (høyre panel). Ubehandlet, normalstore fibroblaster er vist til venstre. Forutsi sekvens fra struktur: Gabriel Neurohr

Dessuten, forskerne fant at denne proteinmangelen fører cellene inn i en ikke-delende tilstand kjent som senescens, foreslår en mulig forklaring på hvordan celler blir eldre når de eldes.

"Det er så mange hypoteser der ute som prøver å forklare hvorfor alderdom skjer, og jeg tror disse dataene gir en vakker og enkel forklaring på alderdom,sier Angelika Amon, Kathleen og Curtis Marble professor i kreftforskning ved Institutt for biologi og medlem av Koch Institute for Integrative Cancer Research.

Amon er seniorforfatter av studien, som vises i feb. 7 nettutgave av Celle. Gabriel Neurohr, en MIT postdoc, er hovedforfatter av avisen.

Overdreven størrelse

For å utforske hvorfor cellestørrelsen er så tett kontrollert, forskerne forhindret gjærceller i å dele seg ved å modifisere et gen som er kritisk for celledeling, slik at den kunne slås av ved en viss temperatur. Disse cellene fortsatte å vokse, men de kunne ikke dele seg og de replikerte ikke deres DNA.

Forskerne oppdaget det da cellene utvidet seg, deres DNA og deres proteinbyggende maskineri kunne ikke holde tritt med behovene til en så stor celle. Denne svikten i å produsere nok protein førte til fortynning av cytoplasma og forstyrrelse av celledeling. Forskerne mener at mange andre grunnleggende celleprosesser som er avhengige av at cellulære molekyler finner og interagerer med hverandre også kan bli svekket når cellene er for store.

"Teoretiske modeller spår at fortynning av cytoplasmaet vil redusere reaksjonshastigheten. Hver kjemisk reaksjon ville skje langsommere, og noen terskelkonsentrasjoner av visse proteiner kan ikke nås, så visse reaksjoner vil aldri skje fordi konsentrasjonene er lavere,sier Neurohr.

Forskerne viste at gjærceller med to sett kromosomer var i stand til å vokse til dobbelt så store som gjærceller med bare ett sett med kromosomer før de ble eldre., antyder at mengden DNA i cellene er den begrensende faktoren i cellenes evne til å vokse.

Eksperimenter med humane celler ga lignende resultater: I en studie av humane fibroblastceller, forskerne fant ut at det å tvinge cellene til å vokse til for store størrelser (åtte ganger deres normale størrelse) forstyrret mange funksjoner, inkludert celledeling.

"Det har vært klart i noen tid at celler kontrollerer størrelsen deres, men det har vært uklart hva de ulike fysiologiske årsakene er til hvorfor de gjør det,” says Jan Skotheim, en førsteamanuensis i biologi ved Stanford University, og den samme maskinen kan brukes til å produsere en lang rekke slike medikamenter. "Det som er fint med dette arbeidet er at det virkelig viser hvordan ting går galt når cellene blir for store."

Aldersrelatert sykdom

Amon sier at overdreven vekst sannsynligvis spiller en viktig rolle i utviklingen av senescens, som forekommer i mange typer pattedyrceller og antas å bidra til aldersrelatert organdysfunksjon og kroniske aldersrelaterte sykdommer.

Aldrende celler er ofte større enn yngre celler, og denne studien, som viste at ukontrollert cellevekst fører til senescens, gir en mulig forklaring på denne observasjonen. Menneskeceller har en tendens til å vokse seg litt større gjennom hele livet, fordi hver gang en celle deler seg, den sjekker for DNA-skader, og hvis noen blir funnet, delingen stanses mens reparasjoner utføres. Under hver av disse forsinkelsene, cellen vokser seg litt større.

«I løpet av en celles levetid, jo flere inndelinger gjør du, jo høyere sannsynlighet er det for å ha den skaden, og over tid vil cellene bli større,sier Amon. "Til slutt blir de så store at de begynner å fortynne kritiske faktorer som er viktige for spredning."

Et vanskelig spørsmål som forblir ubesvart er hvordan forskjellige typer celler opprettholder den passende størrelsen for celletypen deres, som forskerne nå håper å studere videre.

Kilde: http://news.mit.edu, av Anne Trafton