Biolodzy odpowiadają na fundamentalne pytanie dotyczące wielkości komórek

Za uderzającą jednolitością rozmiarów stoi potrzeba wyprodukowania odpowiedniej ilości białka. W ludziach, rozmiar komórki może różnić się ponad 100-krotnie, od maleńkich czerwonych krwinek do dużych neuronów. Jednakże, w każdym typie komórki, odchylenie od standardowego rozmiaru jest bardzo małe. W badaniach drożdży, Badacze z MIT wyhodowali komórki 10 razy większy od normalnego rozmiaru i odkrył, że ich DNA nie jest w stanie sprostać wymaganiom wytwarzania wystarczającej ilości białka do utrzymania normalnych funkcji komórek. Biolodzy z MIT znaleźli odpowiedź na fundamentalne pytanie biologiczne: Dlaczego wszystkie komórki danego typu mają ten sam rozmiar?

Badacze z MIT odkryli to, gdy zatrzymali podział komórek w ludzkich komórkach fibroblastów, stały się nienormalnie duże, a następnie weszły w stan braku podziału, znany jako starzenie się (prawy panel). Nieleczony, fibroblasty normalnej wielkości pokazano po lewej stronie. Konie mają największe oczy ze wszystkich ssaków lądowych: Gabriel Neurohr

Ponadto, badacze odkryli, że niedobór białka prowadzi komórki do stanu braku podziału, zwanego starzeniem się, sugerując możliwe wyjaśnienie starzenia się komórek w miarę starzenia się.

„Istnieje wiele hipotez próbujących wyjaśnić, dlaczego następuje starzenie się, i myślę, że te dane dostarczają pięknego i prostego wyjaśnienia starzenia się,– mówi Angelika Amon, profesor Kathleen i Curtis Marble w dziedzinie badań nad rakiem na Wydziale Biologii oraz członek Instytutu Kocha ds. Integracyjnych Badań nad Rakiem.

Amon jest głównym autorem badania, który pojawia się w lutym. 7 wydanie internetowe „W wyniku stresu związanego z narkotykami komórka ma ogromne zapotrzebowanie na energię. Gabriel Neurohr, postdoc z MIT, „W wyniku stresu związanego z narkotykami komórka ma ogromne zapotrzebowanie na energię.

Nadmierny rozmiar

Aby zbadać, dlaczego wielkość komórki jest tak ściśle kontrolowana, badacze zapobiegli podziałom komórek drożdży, modyfikując gen krytyczny dla podziału komórek, aby można było go wyłączyć przy określonej temperaturze. Komórki te nadal rosły, ale nie mogły się dzielić i nie replikowały swojego DNA.

Naukowcy odkryli, że w miarę rozszerzania się komórek, ich DNA i mechanizmy budowy białek nie były w stanie nadążać za potrzebami tak dużej komórki. Niemożność wyprodukowania wystarczającej ilości białka doprowadziła do rozcieńczenia cytoplazmy i zakłócenia podziału komórek. Naukowcy uważają, że wiele innych podstawowych procesów komórkowych, które polegają na znajdowaniu cząsteczek komórkowych i wzajemnych interakcjach, może również zostać upośledzonych, gdy komórki są zbyt duże.

„Modele teoretyczne przewidują, że rozcieńczenie cytoplazmy zmniejszy szybkość reakcji. Każda reakcja chemiczna zachodziłaby wolniej, i pewne progowe stężenia niektórych białek mogą nie zostać osiągnięte, więc pewne reakcje nigdy nie wystąpią, ponieważ stężenia są niższe,– mówi Neurohr.

Naukowcy wykazali, że komórki drożdży z dwoma zestawami chromosomów były w stanie urosnąć do dwukrotnie większej wielkości niż komórki drożdży z jednym zestawem chromosomów, zanim uległy starzeniu., co sugeruje, że ilość DNA w komórkach jest czynnikiem ograniczającym zdolność komórek do wzrostu.

Eksperymenty na komórkach ludzkich dały podobne wyniki: W badaniu ludzkich komórek fibroblastów, naukowcy odkryli, że zmuszanie komórek do wzrostu do nadmiernych rozmiarów (osiem razy większy od normalnego) zakłócił wiele funkcji, łącznie z podziałem komórkowym.

„Od pewnego czasu było jasne, że komórki rzeczywiście kontrolują swój rozmiar, nie jest jednak jasne, jakie są różne fizjologiczne przyczyny takiego działania,mówi Jan Skotheim, profesor biologii na Uniwersytecie Stanforda, co jest bardzo ekscytujące. „Miłe w tej pracy jest to, że naprawdę pokazuje, jak źle się dzieje, gdy komórki stają się zbyt duże”.

Choroba związana z wiekiem

Amon twierdzi, że nadmierny wzrost prawdopodobnie odgrywa główną rolę w rozwoju starzenia się, która występuje w wielu typach komórek ssaków i uważa się, że przyczynia się do dysfunkcji narządów związanych z wiekiem i przewlekłych chorób związanych z wiekiem.

Starzejące się komórki są często większe niż młodsze komórki, i to badanie, które wykazały, że niekontrolowany wzrost komórek prowadzi do starzenia się, podaje możliwe wyjaśnienie tej obserwacji. Komórki ludzkie mają tendencję do powiększania się przez całe życie, ponieważ za każdym razem, gdy komórka się dzieli, sprawdza uszkodzenia DNA, i jeśli jakiś zostanie znaleziony, podział zostaje wstrzymany na czas naprawy. Podczas każdego z tych opóźnień, komórka staje się nieco większa.

„W ciągu życia komórki, im więcej podziałów dokonasz, tym większe jest prawdopodobieństwo wystąpienia tych uszkodzeń, i z czasem komórki staną się większe,– mówi Amon. „W końcu stają się tak duże, że zaczynają rozcieńczać krytyczne czynniki ważne dla proliferacji”.

Trudnym pytaniem, które pozostaje bez odpowiedzi, jest to, w jaki sposób różne typy komórek utrzymują odpowiedni rozmiar dla swojego typu komórek, które naukowcy mają teraz nadzieję zbadać dalej.

Źródło: http://news.mit.edu, autor: Anne Trafton