Ученые обнаружили, что клеточное ядро менее плотное, чем окружающая цитоплазма
Внутренняя среда клеток плотно заполнена биомолекулами. Исследователи измерили плотность внутриклеточных компартментов у разных организмов, чтобы понять, как распределен материал.
Неожиданное открытие
Согласно исследованию, опубликованному в Nature Communications, клеточное ядро, вопреки ожиданиям, имеет меньшую плотность, чем окружающая его цитоплазма. Несмотря на богатый состав (ДНК, гистоны), ядро содержит меньше сухой массы на тот же объем.
Проф. Симона Ребер (MPIIB) поясняет: «Хотя разные виды сильно различаются по абсолютной внутриклеточной плотности, они сохраняют одинаковое соотношение плотности ядра и цитоплазмы (NC-ratio)».
Проф. Василий Забурдяев (MPZPM) добавляет: «Вероятно, фундаментальные физические принципы баланса давления задают плотность и объем ядра».
Метод измерения: свет
Для измерения плотности в микроскопических объектах ученые использовали свет. Они разработали оптическую установку, которая комбинирует оптическую дифракционную томографию и конфокальную флуоресцентную микроскопию. Это позволило получить трехмерные распределения плотности внутри клеток с высоким разрешением.
Проф. Йохен Гук (MPZPM) отмечает: «Ранее мы пытались использовать наш "оптический растяжитель" на ядрах, но не преуспели. Физически правдоподобным — но тогда биологически контринтуитивным — объяснением было то, что ядро имеет меньшую плотность».
Плотность как индикатор состояния
Исследование показывает, что соотношение плотностей ядра и цитоплазмы сохраняется от дрожжей до клеток человека, но нарушается при заболеваниях.
«В стрессовых состояниях, таких как старение (сенесценция), клеточные ядра становятся плотнее цитоплазмы. Таким образом, плотность — это фундаментальная переменная, определяющая здоровые клеточные процессы», — говорит Ребер.
Ученые планируют изучить, как клетки устанавливают и поддерживают специфическое распределение плотности, чтобы расшифровать биомеханизмы, регулирующие клеточную функцию в норме и патологии.
Международное сотрудничество
Работа стала результатом тесного сотрудничества ученых из MPZPM, MPIIB, MPL, Института молекулярной генетики MPG, Института клеточной биологии MPG и Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке.