Исследование находит возможный регулятор роста клеток

Механизмы, с помощью которых клеточные структуры собираются и растут до нужного размера, во многом остаются загадкой. Исследователи из Принстонского университета, возможно, нашли ключ в динамической агломерации молекул внутри клеток — ядрышке.

Ядрышко — это часть клетки, основная функция которой — производство рибосом, молекулярных машин, критически важных для роста клетки. Команда задалась вопросом: зависит ли сборка и функция ядрышка от размера клетки, которая его содержит?

«Мы подумали: если это так, то это могло бы обеспечить механизм обратной связи для регуляции роста клетки», — сказал ведущий исследователь Клиффорд Брангвинн.

Предел клеточного роста и то, как клетки «выбирают» свой конечный размер, давно являются открытыми вопросами для биологов. Механизм, с помощью которого клетки выполняют эту функцию, играет важную роль во многих типах заболеваний, включая различные формы рака.

Ядрышко — это один из типов органелл, известный как РНК/белковое тело, у которого нет четкой границы, отделяющей его от окружающей жидкой протоплазмы. В более ранних исследованиях Брангвинн обнаружил, что эти структуры ведут себя как вязкие жидкие капли. Его работа предполагает, что эти жидкообразные структуры собираются посредством фазового перехода — того же механизма, который вызывает конденсацию капель росы.

Это привело группу к гипотезе: приведет ли более высокая концентрация клеточного вещества к более легкому фазовому переходу, собирающему ядрышки? Если да, то это могло бы регулировать размер клетки: маленькая клетка с высокой концентрацией вещества легко собирала бы ядрышки, но как только клетка вырастала слишком большой, «разбавляя» свой материал, ядрышки распадались бы, и рост клетки прекращался.

«Это похоже на приготовление леденцов из сахарного раствора. Если вы слишком разбавите раствор, конфеты не будут расти», — пояснил Брангвинн.

Брангвинн и постдокторант Стефани Вебер проверили гипотезу в серии экспериментов на эмбрионах нематод (червей). В статье, опубликованной 19 февраля в журнале Current Biology, они подробно описали, как использовали технику интерференции РНК (RNAi), чтобы увеличить или уменьшить размер клеток, а затем изучили влияние на сборку ядрышек.

«Мы воспользовались полезными особенностями червя, которые позволили нам изменить концентрацию всех компонентов ядрышка, просто изменив размер клетки», — сказала Вебер.

Команда смогла вывести математическую модель, основанную на физике фазовых переходов. В модели показано, что сборка и размер ядрышек зависят от двух факторов:

1. Концентрации клеточного материала (которая связана с размером клетки).
2. Энергии взаимодействий между молекулами в клетке, которая определяет концентрацию насыщения для фазового перехода.

Модель объясняет, почему ядрышки не собираются в одних клетках и почему они вырастают до большего или меньшего размера в других.

Брангвинн отметил, что выводы поднимают возможность того, что сборка ядрышка, управляемая фазовым переходом, ограничивает рост клетки:

• Когда клетка относительно мала, ядрышки легко собираются и производят достаточно рибосом для роста клетки.
• Когда клетка становится больше, производить достаточно рибосом становится труднее, и рост клетки замедляется.

Брангвинн работает над прямой проверкой этой идеи с помощью новых технологий, позволяющих точно измерить динамику роста червя и проверить, влияет ли на скорость производства рибосом ядрышками обнаруженная биофизическая связь с размером клетки.

Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения (NIH), программой Searle Scholars, Национальным научным фондом (NSF) и стипендией Damon Runyon Postdoctoral Fellowship.