นักชีววิทยาตอบคำถามพื้นฐานเกี่ยวกับขนาดเซลล์
ความจำเป็นในการผลิตโปรตีนในปริมาณที่เหมาะสมนั้นอยู่เบื้องหลังความสม่ำเสมอของขนาดที่โดดเด่น. ในมนุษย์, ขนาดเซลล์สามารถเปลี่ยนแปลงได้มากกว่า 100 เท่า, ตั้งแต่เซลล์เม็ดเลือดแดงขนาดเล็กไปจนถึงเซลล์ประสาทขนาดใหญ่. อย่างไรก็ตาม, ภายในเซลล์แต่ละชนิด, มีการเบี่ยงเบนจากขนาดมาตรฐานน้อยมาก. ในการศึกษาเรื่องยีสต์, นักวิจัยของ MIT ได้ขยายเซลล์ให้เป็น 10 คูณด้วยขนาดปกติและพบว่า DNA ของพวกมันไม่สามารถผลิตโปรตีนให้เพียงพอต่อการรักษาการทำงานของเซลล์ให้เป็นปกติได้. นักชีววิทยาของ MIT ได้ค้นพบคำตอบสำหรับคำถามพื้นฐานทางชีววิทยา: เหตุใดเซลล์ประเภทที่กำหนดจึงมีขนาดเท่ากันทั้งหมด?
นักวิจัยของ MIT พบว่าเมื่อพวกเขาหยุดการแบ่งเซลล์ในเซลล์ไฟโบรบลาสต์ของมนุษย์, พวกมันมีขนาดใหญ่ผิดปกติและเข้าสู่สภาวะไม่แบ่งแยกที่เรียกว่าความชราภาพ (แผงด้านขวา). ไม่ได้รับการรักษา, ไฟโบรบลาสต์ขนาดปกติจะแสดงทางด้านซ้าย. ภาพ: กาเบรียล นิวโรห์
นอกจากนี้, นักวิจัยพบว่าการขาดแคลนโปรตีนนี้ทำให้เซลล์เข้าสู่สภาวะไม่มีการแบ่งตัวที่เรียกว่าความชราภาพ, เสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้ว่าเซลล์จะแก่ลงเมื่ออายุมากขึ้นได้อย่างไร.
“มีสมมติฐานมากมายที่พยายามอธิบายว่าทำไมการชราภาพจึงเกิดขึ้น, และฉันคิดว่าข้อมูลนี้ให้คำอธิบายที่สวยงามและเรียบง่ายเกี่ยวกับการชราภาพ,” Angelika Amon กล่าว, ศาสตราจารย์ Kathleen และ Curtis Marble ในการวิจัยโรคมะเร็งในภาควิชาชีววิทยาและสมาชิกของ Koch Institute for Integrative Cancer Research.
อมรเป็นผู้เขียนอาวุโสของการศึกษานี้, ซึ่งปรากฏในเดือนกุมภาพันธ์. 7 ฉบับออนไลน์ของ เซลล์. กาเบรียล นิวโรห์, postdoc ของ MIT, เป็นผู้เขียนบทความหลัก.
ขนาดมากเกินไป
เพื่อสำรวจว่าเหตุใดขนาดของเซลล์จึงถูกควบคุมอย่างเข้มงวด, นักวิจัยป้องกันไม่ให้เซลล์ยีสต์แบ่งตัวโดยการปรับเปลี่ยนยีนที่สำคัญต่อการแบ่งเซลล์, เพื่อให้สามารถปิดได้ที่อุณหภูมิที่กำหนด. เซลล์เหล่านี้ยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง, แต่พวกเขาไม่สามารถแบ่งตัวได้ และพวกเขาไม่ได้จำลอง DNA ของพวกเขาด้วย.
นักวิจัยค้นพบว่าเมื่อเซลล์ขยายตัว, DNA และกลไกการสร้างโปรตีนของพวกเขาไม่สามารถทันต่อความต้องการของเซลล์ขนาดใหญ่เช่นนี้ได้. ความล้มเหลวในการผลิตโปรตีนเพียงพอนี้นำไปสู่การเจือจางของไซโตพลาสซึมและการหยุดชะงักของการแบ่งเซลล์. นักวิจัยเชื่อว่ากระบวนการเซลล์พื้นฐานอื่นๆ จำนวนมากที่ต้องอาศัยโมเลกุลของเซลล์ในการค้นหาและมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างกันอาจลดลงเมื่อเซลล์มีขนาดใหญ่เกินไป.
“แบบจำลองทางทฤษฎีทำนายว่าการเจือจางไซโตพลาสซึมจะลดอัตราการเกิดปฏิกิริยา. ปฏิกิริยาเคมีทุกอย่างจะเกิดขึ้นช้าลง, และความเข้มข้นของโปรตีนบางชนิดอาจไม่ถึงเกณฑ์ที่กำหนด, ดังนั้นปฏิกิริยาบางอย่างจะไม่เกิดขึ้นเพราะความเข้มข้นต่ำกว่า,นิวโรห์กล่าว.
นักวิจัยแสดงให้เห็นว่าเซลล์ยีสต์ที่มีโครโมโซมสองชุดสามารถเติบโตเป็นสองเท่าของเซลล์ยีสต์ด้วยโครโมโซมเพียงชุดเดียวก่อนที่จะกลายเป็นเซลล์ชรา, ชี้ให้เห็นว่าปริมาณของ DNA ในเซลล์เป็นปัจจัยจำกัดความสามารถของเซลล์ในการเจริญเติบโต.
การทดลองกับเซลล์ของมนุษย์ให้ผลลัพธ์ที่คล้ายคลึงกัน: ในการศึกษาเซลล์ไฟโบรบลาสต์ของมนุษย์, นักวิจัยพบว่าการบังคับให้เซลล์มีขนาดใหญ่เกินไป (แปดเท่าของขนาดปกติ) ขัดขวางการทำงานหลายอย่าง, รวมถึงการแบ่งเซลล์ด้วย.
“เป็นที่แน่ชัดมาระยะหนึ่งแล้วที่เซลล์ควบคุมขนาดของมัน, แต่ก็ยังไม่ชัดเจนว่าเหตุผลทางสรีรวิทยาต่างๆ มีเหตุผลอะไรบ้างว่าทำไมพวกเขาถึงทำเช่นนั้น,แจน สโกเธมกล่าว, รองศาสตราจารย์ด้านชีววิทยาที่มหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด, ที่ไม่เกี่ยวข้องกับการวิจัย. “สิ่งที่ดีเกี่ยวกับงานนี้ก็คือมันแสดงให้เห็นจริงๆ ว่าสิ่งต่างๆ ผิดพลาดไปอย่างไรเมื่อเซลล์มีขนาดใหญ่เกินไป”
โรคที่เกี่ยวข้องกับอายุ
อมรกล่าวว่าการเติบโตที่มากเกินไปอาจมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาความชราภาพ, ซึ่งเกิดขึ้นในเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมหลายประเภท และคิดว่ามีส่วนทำให้เกิดความผิดปกติของอวัยวะที่เกี่ยวข้องกับอายุและโรคเรื้อรังที่เกี่ยวข้องกับอายุ.
เซลล์แก่มักจะมีขนาดใหญ่กว่าเซลล์ที่อายุน้อยกว่า, และการศึกษาครั้งนี้, ซึ่งแสดงให้เห็นว่าการเจริญเติบโตของเซลล์ที่ไม่ถูกควบคุมจะนำไปสู่การชราภาพ, เสนอคำอธิบายที่เป็นไปได้สำหรับการสังเกตนี้. เซลล์ของมนุษย์มีแนวโน้มที่จะขยายใหญ่ขึ้นเล็กน้อยตลอดช่วงชีวิต, เพราะทุกครั้งที่มีการแบ่งเซลล์, จะตรวจสอบความเสียหายของ DNA, และหากพบสิ่งใด, การแบ่งส่วนต้องหยุดลงในขณะที่มีการซ่อมแซม. ในช่วงความล่าช้าแต่ละครั้งเหล่านี้, เซลล์จะใหญ่ขึ้นเล็กน้อย.
“ตลอดอายุการใช้งานของเซลล์, ยิ่งคุณแบ่งแยกมากเท่าไร, ยิ่งคุณมีโอกาสได้รับความเสียหายมากเท่าไร, และเมื่อเวลาผ่านไป เซลล์ก็จะมีขนาดใหญ่ขึ้น,“อมรกล่าว. “ในที่สุดพวกมันก็มีขนาดใหญ่มากจนเริ่มเจือจางปัจจัยสำคัญที่มีความสำคัญต่อการแพร่กระจาย”
คำถามยากๆ ที่ยังไม่มีคำตอบคือเซลล์ประเภทต่างๆ จะรักษาขนาดที่เหมาะสมสำหรับประเภทเซลล์ได้อย่างไร, ซึ่งขณะนี้ผู้วิจัยหวังที่จะศึกษาเพิ่มเติม.
แหล่งที่มา: http://news.mit.edu, “เรารู้สึกตื่นเต้นมากเกี่ยวกับศักยภาพของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ในกระเพาะอาหารเพื่อใช้เป็นแพลตฟอร์มสำหรับสุขภาพเคลื่อนที่เพื่อช่วยเหลือผู้ป่วยจากระยะไกล
ทิ้งคำตอบไว้
คุณต้อง เข้าสู่ระบบ หรือ ลงทะเบียน เพื่อเพิ่มความคิดเห็นใหม่ .