Клетки выбрасывают "мусор" перед делением

Исследователи MIT обнаружили, что перед началом деления клетки проводят "уборку", выбрасывая молекулы, которые, по-видимому, больше не нужны.

С помощью нового метода измерения сухой массы клеток учёные установили, что клетки теряют около 4% своей массы при вступлении в клеточное деление. Исследователи полагают, что это избавление от "мусора" помогает клеткам дать своему потомству "свежий старт", без накопленных отходов родительской клетки.

"Наша гипотеза заключается в том, что клетки, возможно, выбрасывают то, что накапливается, — токсичные компоненты или просто неправильно функционирующие элементы, которые не должны там находиться. Это может позволить новорождённым клеткам появиться на свет с более функциональным содержимым", — говорит Тему Мьеттинен, научный сотрудник MIT и ведущий автор исследования.

Старший автор статьи, опубликованной в eLife, — Скотт Маналис, профессор инженерии им. Дэвида Х. Коха.

Измерение массы

Лаборатория Маналиса ранее разработала метод измерения плавучей массы клеток (их массы при нахождении в жидкости). Для нового исследования учёные адаптировали его, чтобы рассчитывать также сухую массу клеток (вес содержимого без воды) и плотность сухой массы.

Мьеттинен разработал систему, в которой клетки кратковременно (около одной секунды) подвергаются воздействию тяжёлой воды (D₂O) при прохождении через микрофлюидные каналы. Сравнивая массу клетки в обычной и тяжёлой воде, можно рассчитать сухую массу. Этот метод обеспечивает высокое временное разрешение, что позволило изучить динамику во время митоза (деления клетки).

Вынос "мусора"

Изучая раковые клетки (они делятся чаще), исследователи обнаружили, что сухая масса клеток уменьшается, когда они вступают в цикл деления. Позже, до завершения деления, масса восстанавливается.

Эксперименты показали, что при вступлении в митоз клетки усиливают процесс лизосомального экзоцитоза. Лизосомы (клеточные органеллы) расщепляют или перерабатывают отходы, а экзоцитоз — это процесс, с помощью которого ненужные молекулы выбрасываются из клетки.

Плотность сухой массы при этом возрастает, что указывает на потерю клеткой низкоплотных молекул, таких как липиды или липопротеины. Учёные предполагают, что клетки используют этот механизм для очистки от токсичных молекул перед делением.

"Мы видим, что клетки, возможно, пытаются выбросить повреждённые компоненты перед делением", — отмечает Мьеттинен.

Значение открытия

• Полученные данные могут объяснить, почему в нейронах (клетках, которые не делятся) с большей вероятностью накапливаются токсичные белки, такие как Tau или бета-амилоид, связанные с развитием болезни Альцгеймера.
• Открытие также актуально для онкологии: раковые клетки могут выводить некоторые химиотерапевтические препараты посредством экзоцитоза, что способствует развитию у них устойчивости к лекарствам. Теоретически, предотвращение экзоцитоза перед делением могло бы повысить уязвимость раковых клеток.

"В будущем, если мы лучше поймём молекулярный механизм, лежащий в основе этого, и найдём способ запускать его вне митоза или предотвращать во время митоза, у нас действительно появится новый "рычаг" для лечения болезней", — заключает Мьеттинен.