Новый механизм, связанный с преждевременным старением материнских клеток
Исследователи из Университета Севильи и Андалузского центра молекулярной биологии и регенеративной медицины (CABIMER) обнаружили новый механизм, который позволяет понять преждевременное старение клеток с асимметричным клеточным делением, как в случае материнских клеток. Понимание этого механизма может быть полезно для изучения и предвосхищения развития связанных со старением заболеваний, таких как рак и нейродегенеративные процессы. Исследование опубликовано в Nature Cell Biology.
При асимметричном делении образующиеся клетки приобретают разную морфологию и размер, разное клеточное содержимое и разный потенциал для дифференцировки в конкретный тип клеток.
«Пожалуй, самый характерный пример асимметричных делений — это деления материнских клеток, которые благодаря этому процессу могут регенерировать после каждого деления, одновременно производя более специализированные клетки, позволяющие строить различные типы тканей. Правильное дублирование материнских клеток имеет фундаментальное значение для поддержания архитектуры ткани. Так, уменьшение их количества может привести к дезорганизации ткани и преждевременному старению, а чрезмерное количество — к гиперплазии ткани или развитию опухолей», — объясняет исследователь Фернандо Монье Касас, руководитель исследования.
Во время клеточного деления центры организации микротрубочек (MTOC) организуют формирование митотического веретена — молекулярной машинерии, позволяющей равномерно распределять хромосомы при митозе. Изначально клетки имеют только один MTOC, который, как и геном, дублируется во время клеточного деления. После их дупликации исходный MTOC и вновь образованный отличаются по размеру, составу и возрасту, и по завершении митоза они распределяются между клетками, образовавшимися в результате деления.
«Любопытно, что было обнаружено, что эти структуры могут наследоваться по предопределённому шаблону, а не случайным образом, во время асимметричного деления некоторых клеток. Этот удивительный феномен эволюционно консервативен и наблюдался как у микроорганизмов, так и у материнских клеток животных и человека. Однако его биологическая функция неизвестна. Отличительное наследование MTOC было впервые замечено у Saccharomyces cerevisiae, одноклеточного организма, у которого каждое деление по своей природе асимметрично, что сделало его классической экспериментальной моделью неоценимой важности для изучения этих процессов», — говорит Монье Касас.
Для этого проекта исследователи создали генетически модифицированный штамм этого организма, в котором им удалось конститутивно инвертировать нормальное наследование MTOC и проверить физиологические последствия. Результаты их исследований, опубликованные в Nature Cell Biology, показывают, что асимметричное наследование MTOC позволяет по-разному распределять повреждённые клеточные молекулы и органеллы между материнской клеткой и дочерней клеткой, что имеет фундаментальное значение для поддержания продолжительности жизни у Saccharomyces cerevisiae и предотвращения преждевременного клеточного старения.
Благодаря высокой степени консервативности механизмов, способствующих генерации асимметрии во время клеточного деления, результаты могут иметь большое значение для объяснения возможных связей между проблемами во время асимметричного распределения MTOC в материнских клетках и развитием связанных со старением заболеваний, таких как рак или нейродегенеративные процессы. Это особенно интересно в случае некоторых наследственных расстройств, таких как аутосомно-рецессивная первичная микроцефалия (MCPH), редкое заболевание, характеризующееся проблемами во время нейроразвития, которые приводят к аномально маленькой голове и мозгу. Это расстройство было связано с 12 генами, большинство из которых связаны с функцией MTOC, формирующих митотическое веретено, что открывает дверь к возможной связи между происхождением этого синдрома и неправильным распределением этих структур.