Клетки решают, когда делиться, основываясь на своих внутренних часах
Учёные до сих пор не знают точно, как клетки решают, когда делиться. Это критически важное решение — ошибки могут привести к серьёзным последствиям, таким как рак, который является болезнью неконтролируемого деления клеток.
На решение клетки о делении могут влиять её размер, время суток и внешние сигналы, например, количество света.
В новом исследовании на одноклеточных цианобактериях учёные из Кембриджского университета и Имперского колледжа Лондона показали, как время суток влияет на момент и размер деления клеток.
Клетки и организмы реагируют на время суток в соответствии со своими внутренними «циркадными часами». У млекопитающих эти часы контролируют регенерацию клеток и выброс гормонов, а у растений — цветение и фотосинтез.
Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, показывает, что циркадные часы постоянно влияют на деление клеток цианобактерий в течение всего дня и ночи.
Это открытие меняет недавнее представление о том, что часы действуют лишь как «включить/выключить» для деления, разрешая его только в определённое время.
Команда провела серию экспериментов с колониями цианобактерий, чтобы разделить влияние времени суток, размера клетки и наличия света на деление.
- Сначала они наблюдали за скоростью деления у цианобактерий, лишённых циркадных часов, и у обычных клеток в условиях постоянного света.
- Используя эти данные, математики из Имперского колледжа создали модели, предсказывающие, что произойдёт при изменении освещения в будущих экспериментах.
- В последующих экспериментах команда обнаружила, что циркадные часы не запрещают деление в определённое время, а тонко настраивают процесс, замедляя его в одни периоды и ускоряя в другие.
Результаты хорошо совпали с предсказаниями моделей, что подтвердило их точность.
Доктор Филипп Томас из Имперского колледжа Лондона отметил: «Циркадные часы постоянно влияют на скорость деления на протяжении всего дня, а не просто выступают в роли строгого ограничителя. Распутать сложное взаимодействие размера клетки, часов и среды удалось только благодаря тщательному сочетанию экспериментов и итеративных моделей».
Выявленная закономерность привела к образованию двух субпопуляций цианобактерий, которые делились при разных размерах в зависимости от времени «рождения» клетки.
Ведущий автор исследования доктор Бруно Мартинш из Кембриджского университета пояснил: «Клетки, "родившиеся" в первой половине дня, вырастают до меньшего размера перед делением, потому что они словно "торопятся" разделиться до конца дня. Напротив, клетки, появившиеся позже, "не спешат" и поэтому вырастают до большего размера, избегая деления в период, который обычно соответствует темноте ночи».
В дальнейшем команда планирует использовать свои экспериментальные результаты и модели для изучения молекул и генов, вовлечённых в этот процесс, и исследования его эволюционной функции.