Предсказание различных путей генетически идентичных клеток

Исследователи из UT Southwestern обнаружили, что набор биомаркеров, традиционно не связанных с судьбой клетки, может точно предсказать, как генетически идентичные клетки ведут себя по-разному в условиях стресса. Результаты, опубликованные в Cell Reports в качестве обложки выпуска от 1 декабря, в перспективе могут привести к более предсказуемым ответам на фармацевтическое лечение.

Даже генетически идентичные клетки могут расходиться в поведении. Пример — почкующиеся дрожжи. При депривации глюкозы все клетки прекращают деление. Когда питательное вещество снова становится доступным, некоторые клетки возобновляют деление («покоящиеся» клетки), а другие остаются живыми, но больше не делятся («сенесцентные» клетки). Причины такого различия были неясны.

В отличие от предыдущих исследований, фокусировавшихся на генах, определяющих судьбу клетки, авторы изучили биомаркеры, связанные с базовым клеточным гомеостазом: клеточным циклом, стрессовым ответом, внутриклеточной коммуникацией и сигнализацией о питательных веществах.

Эксперимент и результаты

Исследователи модифицировали дрожжевые клетки, чтобы пять различных белковых маркеров светились разными цветами. Клетки поместили в микрофлюидную камеру, где их подвергли 16-часовому циклу: 2 часа — питательная среда с глюкозой, 10 часов — голодание, затем — восстановление. Поведение отдельных клеток непрерывно фиксировалось.

Были выявлены ключевые различия между будущими покоящимися и сенесцентными клетками:

• Белок клеточного цикла Whi5: Во время голодания накапливался в ядрах покоящихся клеток, но исчезал в сенесцентных.
• Стрессовые белки Msn2 и Rtg1: После возвращения глюкозы оставались в ядрах сенесцентных клеток, но покидали ядра покоящихся.
• Контакт ядро-вакуоль (NVJ): Увеличивался во время голодания у покоящихся клеток, но не менялся у сенесцентных.
• Белок сигналинга о питательных веществах Rim15: Высокий уровень до голодания коррелировал с переходом в покоящееся состояние, низкий — с сенесцентным.

По отдельности ни один фактор не был точным предиктором. Однако статистический анализ, включающий все эти маркеры, позволил предсказать судьбу клетки с точностью около 90% ещё до возвращения глюкозы. Клетки, по-видимому, достигают «точки принятия решения», после которой маловероятно изменение пути, примерно через 4 часа после начала голодания.

Значение

«Наши результаты показывают, что факторы, традиционно не связанные с судьбой клетки, могут играть важную роль в этом процессе», — говорит соавтор Н. Эзги Вуд. Это приближает к ответу на вопрос, почему происходит это явление и как им можно управлять, что потенциально полезно для обеспечения однородного ответа клеток на химиотерапию или антибиотики.