Биологи ответили на фундаментальный вопрос о размере клеток

Биологи MIT обнаружили ответ на фундаментальный биологический вопрос: почему клетки одного типа имеют одинаковый размер?

Хотя у человека размер клеток может различаться более чем в 100 раз (от крошечных эритроцитов до крупных нейронов), внутри каждого типа клеток отклонение от стандартного размера минимально. Исследуя дрожжевые клетки, ученые вырастили их до размера, в 10 раз превышающего нормальный, и обнаружили, что их ДНК не справляется с задачей производства достаточного количества белка для поддержания нормальных функций.

Более того, этот дефицит белка вводит клетки в непролиферирующее состояние, известное как сенесценция (старение). Это дает возможное объяснение тому, как клетки становятся сенесцентными с возрастом.

Чрезмерный размер

Чтобы изучить контроль размера, исследователи заблокировали деление дрожжевых клеток, отключив критический для этого ген. Клетки продолжали расти, но не делились и не реплицировали ДНК.

Оказалось, что по мере роста клетки её ДНК и белок-синтезирующий аппарат не успевали за потребностями увеличивающегося объема. Это приводило к разбавлению цитоплазмы и нарушению деления. Ученые полагают, что многие другие фундаментальные процессы, требующие взаимодействия молекул, также нарушаются в слишком крупных клетках.

Эксперименты показали, что дрожжевые клетки с двумя наборами хромосом могли вырасти вдвое больше, чем клетки с одним набором, прежде чем стать сенесцентными. Это говорит о том, что количество ДНК является лимитирующим фактором для роста.

Аналогичные результаты были получены на клетках человеческих фибробластов: принудительный рост до восьмикратного размера нарушил многие функции, включая деление.

Связь со старением

Чрезмерный рост, вероятно, играет важную роль в развитии сенесценции, которая наблюдается во многих типах клеток млекопитающих и, как считается, способствует возрастной дисфункции органов и хроническим заболеваниям.

Сенесцентные клетки часто крупнее молодых. Данное исследование, показавшее, что неконтролируемый рост ведет к сенесценции, предлагает этому объяснение. Человеческие клетки имеют тенденцию немного увеличиваться в течение жизни, потому что при каждом делении они проверяют ДНК на повреждения. Если повреждения есть, деление приостанавливается для ремонта, и за это время клетка успевает подрасти.

"В конечном итоге они становятся настолько большими, что начинают разбавлять критически важные для пролиферации факторы", — говорит Ангелика Амон.

Остается открытым вопрос, как разные типы клеток поддерживают оптимальный для своего типа размер — эту тему ученые планируют изучить далее.