Даже минимальные изменения среды вызывают колебания цитоскелета амёбы Dictyostelium discoideum

Амёба Dictyostelium discoideum (или "Dicty") — модельный организм для изучения клеток, способных менять форму и двигаться в ответ на химические сигналы (например, раковых, эмбриональных стволовых клеток или клеток при заживлении ран). Учёные из Института динамики и самоорганизации Макса Планка обнаружили новое свойство этой амёбы: её цитоскелет совершает внутренние колебания с периодом около 20 секунд, что позволяет клетке перестраивать свою внутреннюю структуру.

Ключевые механизмы:

• В ответ на истощение питательных веществ клетки выделяют сигнальное вещество циклический аденозинмонофосфат (cAMP), создавая волны "сигнала бедствия".
• Клетки движутся к центру волны, формируя плодовое тело со спорами.
• Актиновый цитоскелет — сеть белковых волокон, обеспечивающая форму и стабильность клетки, — играет решающую роль. Внешний химический стимул вызывает его перестройку: разборку со стороны внутренней части клетки и новообразование у мембраны.

Эксперимент и открытие:

Исследователи с помощью лазерного импульса высвобождали cAMP из вещества-предшественника (DMNB-cAMP) и наблюдали за реакцией помеченного флуоресцентным маркером актинового цитоскелета.

• Реакция клеток была неодинаковой: у одних цитоскелет смещался однократно, у других наблюдались колебания.
• У небольшого процента клеток колебания актиновой структуры возникали без какого-либо внешнего стимула.
• При периодической стимуляции cAMP самый сильный отклик вызывал период в 20 секунд, что доказывает: этот ритм является внутренним свойством клеток Dicty.

Выводы и значение:

• Клетки амёбы существуют на грани нестабильности: даже ничтожно малое изменение внешних условий может либо запустить колебания цитоскелета, либо оставить его в покое. Это делает клетку сверхчувствительным усилителем внешних стимулов.
• Теоретическая модель, предложенная учёными, подтверждает этот вывод. Аналогичное поведение известно, например, для волосковых клеток внутреннего уха.
• Причина 20-секундного ритма пока не ясна, так как в природе сигналы бедствия (cAMP) испускаются с интервалом в несколько минут. Учёные предполагают, что этот внутренний такт может быть необходим клетке для движения, так как при перемещении клетки формируют выпячивания мембраны как раз с интервалом 10–20 секунд.