Секрет роста клеток может заключаться в тенденциях «йо-йо» и «шестерёнок»
Международная команда из Сиднейского университета, ETH Zurich и Базельского университета разработала первую в мире методику, раскрывающую секреты роста клеток.
Ранее считалось, что клетки растут линейно или экспоненциально перед делением. Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, с использованием нанотехнологии «инерциальной пикобалансировки» показало, что на уровне одиночных клеток дрожжи Saccharomyces cerevisiae растут последовательными интервалами линейного роста. На каждом интервале клетки переключаются на более быстрый или медленный рост — «шестерёнчатая» тенденция.
Saccharomyces cerevisiae — одноклеточный дрожжевой организм, ключевой в производстве хлеба, пива, вина и фармацевтических препаратов. Его поведение важно для понимания болезней человека, так как многие его гены схожи с генами животных клеток.
Поведение дрожжей значительно отличается от поведения клеток животных (включая человека). Ещё в 2017 году с помощью пикобалансировки было впервые обнаружено, что масса живых клеток млекопитающих внутренне флуктуирует — они «йо-йо» в размере, колеблясь на 1–4% за секунды в основном из-за движения воды.
«Мы обнаружили процессы, которые бросают вызов биологическим моделям, бывшим центральными десятилетиями. Поведение, выявленное в клетках из царств грибов и животных, доказывает, что у клеток есть разные стратегии регуляции массы и размера», — сказал доктор Дэвид Мартинес-Мартин.
Недавняя математическая модель, опубликованная в Journal of Biological Research—Thessaloniki, предлагает новое понимание этого клеточного флюкса. Модель предполагает, что в многоклеточных организмах клетки не набухают и не уменьшаются одновременно — они «дают и берут» друг у друга, поддерживая адекватное распределение массы и объёма тела.
Флуктуации массы могут использоваться клетками для регуляции функций (метаболизм, экспрессия генов, пролиферация, гибель) путём изменения концентрации и «тесноты» химических компонентов. Они также могут служить механизмом коммуникации через объёмные колебания и обмен водой и молекулами, помогая клеткам определить свою роль в организме.
Исследователи полагают, что лучшее понимание того, как клетки меняют массу и размер, а также сбоев в этом процессе, может стать ключом к разработке нового поколения диагностики и лечения таких болезней, как рак, диабет и сердечно-сосудистые заболевания.
Об инерциальной пикобалансировке
Инерциальная пикобалансировка — технология, изобретённая доктором Мартинес-Мартином, которая измеряет массу одной или нескольких живых клеток в реальном времени. Она коммерциализируется швейцарской компанией Nanosurf AG.
С её помощью также наблюдали клетки, заражённые вирусом вакцинии. Заражённые клетки демонстрировали иное массовое поведение во времени, что потенциально открывает новый способ обнаружения вирусных инфекций.