Генетический переключатель лежит в основе стохастичности клеточного деления
Ученые уже 40 лет описывают сложную последовательность событий при делении клетки млекопитающих, но до сих пор нет единого мнения о том, как этот процесс начинается.
Существуют две, казалось бы, противоречивые теории. Их может примирить третья теория, предложенная биоинженером из Университета Дьюка Линчоном Ю. Эти выводы могут пролить свет на начало таких заболеваний, как рак, который характеризуется неконтролируемым делением клеток.
Во время пролиферации ДНК в ядре клетки копирует себя, после чего клетка делится на две, каждая из которых получает точную копию генетического материала. Теории не дают четкого ответа, когда начинается процесс, потому что часто одни и те же типы клеток начинают делиться в разное время в идентичных условиях.
Одна из двух преобладающих моделей объясняет начало деления клетки как случайное событие. Вторая модель предполагает, что существуют внутренние различия между клетками, которые позволяют некоторым из них вступить в процесс раньше других.
Команда Ю обнаружила, что специфическая генная цепь Rb-E2F обладает уникальной способностью приказывать одним клеткам начать делиться, а другим — оставаться в покое. Цепь Rb-E2F известна своей бистабильностью, что команда также продемонстрировала два года назад. Эта генная цепь присутствует во всех клетках и может заставить идентичные клетки существовать в двух состояниях одновременно: «включенном» или «выключенном».
«Мы обнаружили, что специфическая генная цепь действует как "переключатель", который говорит клетке в идентичной популяции включиться или выключиться — некоторые реагируют немедленно, некоторые нет», — сказал Ю. — «Изучение ключевых элементов в этой генной цепи, которые определяют, когда клетка входит в процесс деления, может примирить две школы мысли».
Бистабильность не уникальна для биологии. Например, в электротехнике бистабильность описывает работу тумблера — переключателя, который может занимать одно из двух положений: «включено» или «выключено».
Результаты экспериментов команды Ю были опубликованы онлайн в журнале Public Library of Science (PLoS) Biology.
Команда начала с того, что взяла идентичную популяцию мышиных клеток в культуре и лишила их питательных веществ, приведя все клетки в одинаковое состояние. Клетки по существу находятся в спячке, ожидая сигнала проснуться и начать делиться. «Кормление» клеток «будит» их.
Бистабильный переключатель определяет, к какой группе принадлежит каждая клетка.
«Мы считаем, что наш анализ предоставляет простую основу для примирения двух школ мысли о входе в клеточный цикл, что было предметом споров в течение последних двух десятилетий», — сказал Ю.
Знание точной роли переключателя Rb-E2F может помочь ученым, изучающим рак, создав «библиотеку» раковых путей.
«Используя разработанные нами методы, ученые могут взглянуть на неизвестный тип рака и, изучив его профиль Rb-E2F, сделать вывод о том, что могло пойти не так в раковых клетках», — сказал Ю.