Сохранение формы — ключ к успешному делению клеток

Новое исследование Института Фрэнсиса Крика и Королевского колледжа Лондона показывает, что для успешного размножения через деление клетки должны сохранять свою форму и пропорции.

Работа, опубликованная в Nature Communications, раскрывает фундаментальную биологическую основу масштабирования — способности клеток сохранять пропорции при росте или уменьшении. Этот принцип наблюдается повсеместно, от одноклеточных организмов до сложных, но его биологические истоки оставались загадкой.

Изучая дрожжевые клетки родственных видов S. japonicus и S. pombe, команда обнаружила, что масштабирование играет жизненно важную роль в делении клеток. Чтобы успешно разделиться, клеткам дрожжей нужно скопировать свою ДНК и затем разорваться посередине, создав две новые клетки. Исследование показало, что сохранение правильной формы необходимо клеткам, чтобы найти свой «центр», где должен произойти разрыв.

Клетки делящихся дрожжей обычно имеют форму капсулы, и их концы посылают молекулярные сигналы, которые встречаются в середине. Оказалось, что если клетка слишком круглая и её концы расположены недостаточно далеко друг от друга, сигналы смешиваются, и клетка не может определить середину. Когда круглая клетка делится, разрыв происходит не по центру. Это может либо разорвать ДНК и убить клетку, либо оставить две копии ДНК в одной клетке и ни одной — в другой.

«Если в одной клетке остаётся две копии ДНК, то клетка без ДНК умрёт, а клетка с двумя копиями, скорее всего, столкнётся с проблемами при следующем делении, что в человеческих клетках может привести к раку», — объясняет профессор Снежка Олиференко. — «Чтобы этого избежать, критически важно, чтобы деление происходило в правильном месте. Мы обнаружили, что форма клетки определяет, где она будет делиться, подчёркивая ключевую функцию масштабирования на клеточном уровне».

Когда дрожжевые клетки генетически модифицируют или держат на скудной диете, они уменьшаются в размерах, экономя питательные вещества при делении.

«Мы выяснили, что S. japonicus полагается на ген rga4, чтобы регулировать рост и сохранять форму при уменьшении», — говорит ведущий автор работы, доктор Ин Гу. — «Клетки просто делились на более тонкие клетки той же формы, которые могли жить и размножаться как обычно».

Команда обнаружила, что при отключении гена rga4 клетки теряли способность к масштабированию, становились слишком «толстыми» и делились не по центру. Однако когда эти генетически модифицированные клетки выращивали в узком канале, чтобы сохранить их тонкими, они делились нормально.

«Пока соотношение длины к ширине (аспект) правильное, S. japonicus может точно делиться посередине и продолжать процветать», — говорит Снежка. — «Это прекрасный организм для изучения фундаментальных биологических принципов. Изучая сходства и различия между S. japonicus и родственными видами, мы можем получить представление о процессах, фундаментальных для самой жизни».