Исследователи открывают путь к всестороннему изучению клеточных дефектов

Новое исследование клеточного деления в волокнистой среде, имитирующей живую ткань, выявило ранее неизученные механизмы возникновения митотических дефектов. Работа, опубликованная в Proceedings of the National Academy of Sciences 27 февраля, бросает вызов традиционным методам изучения клеток на плоской поверхности чашки Петри.

Клеточное деление в трёхмерной среде

Клеточное деление (митоз) — основа развития, регенерации и болезней. Обычно его изучают на плоских двумерных поверхностях, что не отражает сложную волокнистую структуру внеклеточного матрикса (ECM) в живом организме. ECM представляет собой трёхмерную решётку органического материала, служащую каркасом для клеток.

Исследовательская группа под руководством Амриндера Наина обнаружила, что количество волокон ECM, к которым прикрепляется клетка, критически влияет на процесс её деления:

• На одном волокне клетка прикрепляется двумя концами, как канатоходец. Деление занимает больше времени, а частота монополярных дефектов веретена (неполное разделение полюсов веретена) увеличивается.
• При наличии нескольких волокон у клетки появляется больше точек прикрепления, что ограничивает трёхмерное движение её округлого тела во время деления и меняет спектр возможных ошибок.

Форма клетки определяет её поведение

Форма клетки напрямую зависит от подложки, к которой она прикрепляется:

• На плоской поверхности клетка распластывается, как блин.
• В волокнистой среде её форма варьируется от вытянутой «аэродинамической» до формы воздушного змея, в зависимости от архитектуры волокон.

Эта разница в форме и прикреплении приводит к фундаментальным отличиям в механике деления. В среде ECM некоторые дефекты, которые редко встречаются в чашке Петри, возникают иначе, что даёт более точную картину процессов в живых тканях.

Значение для биологии и медицины

«Наша работа показывает переключение между монополярными и мультиполярными дефектами при изменении количества волокон, к которым прикрепляются клетки. Это даёт представление о том, как деление клеток может происходить в реальных живых тканях», — пояснил Наин.

Неравномерное деление клеток и ошибки в расхождении хромосом лежат в основе многих врождённых пороков развития и могут способствовать возникновению рака. Новый экспериментально-вычислительный подход, учитывающий трёхмерную волокнистую среду, заполняет пробелы в понимании митотической биологии и открывает путь для новых исследований в диагностике и лечении заболеваний.