Исследователи обнаружили, что механическая передача сигналов лежит в основе решения о гибели клетки.

У многих видов, включая человека, клетки, ответственные за воспроизводство, половые клетки, часто сильно взаимосвязаны и разделяют цитоплазму. У гермафродита Caenorhabditis elegans до 500 половых клеток прикреплены друг к другу в гонадах, тканях, которые производят яйцеклетки и сперму. Эти клетки располагаются вокруг центрального цитоплазматического «прохода» и обмениваются цитоплазматическим материалом, который способствует росту клеток, в конечном итоге производя яйца, готовые к оплодотворению.

В предыдущих исследованиях исследователи обнаружили, что гонады C. elegans генерируют больше спор. клетки Их слишком много, и только половина из них вырастает в яйца, а остальные сжимаются и умирают из-за физиологической запрограммированной гибели клеток, запрограммированная гибель клеток которые встречаются у многоклеточных организмов. Теперь ученые из Дрезденского биотехнологического центра (BIOTEC), Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (MPI-CBG) и Группы передового опыта по физике жизни (PoL) Дрезденского технического университета, Институт физики Макса Планка из сложных систем (MPI-PKS), Институт Флэтайрон, Нью-Йорк, и Калифорнийский университет, Беркли, нашли доказательства, чтобы ответить на вопрос, что определяет судьбу клетки между жизнью и смертью в зародышевой линии.

Предыдущие исследования выявили генетическую основу и биохимические сигналы, которые приводят к физиологической гибели клеток, но механизмы, которые определяют и инициируют апоптоз в отдельных половых клетках, остаются неясными. По мере созревания половых клеток вдоль гонад нематоды они сначала коллективно увеличиваются в размерах и становятся однородными. В исследовании, только что опубликованном в Природа Физика, ученые показали, что этот гомогенный рост внезапно превращается в гетерогенный рост, где некоторые клетки становятся больше, а некоторые — меньше.

Исследователь Николя Шартье из группы Стефана Гриля, соавтор исследования, объясняет: «Путем тщательного анализа размеров зародышевых клеток и потока цитоплазматического материала в живых червях и развития теоретического моделирования мы выявили гидравлическую нестабильность, которая Усиливает его. Случайные начальные небольшие различия в размере, которые вызывают увеличение размеров одних половых клеток за счет уменьшения размеров других клеток. Это явление сравнимо с двухбаллонной нестабильностью, известной физикам. Такая нестабильность возникает, когда два резиновых шара одновременно надуваются, пытаясь надуть их вместе. Раздуется только большой воздушный шар, потому что его внутреннее давление ниже, чем у меньшего воздушного шара, и, следовательно, его легче надуть ».

Это то, во что вы играете, выбирая стволовые клетки: Эти перепады давления имеют тенденцию дестабилизировать гомологичное образование зародышевых клеток равного размера, так называемую гидравлическую нестабильность, которая приводит к росту более крупных зародышевых клеток за счет меньших клеток. Путем искусственного сокращения зародыш Объемы клеток с помощью теплового насоса (метод FLUCS: индуцированный сфокусированным светом цитоплазматический поток), команда показала, что уменьшение объемов клеток запускает их экструзию и гибель, указывая на то, что, как только размер клетки становится ниже критического, апоптоз стимулируется и клетка умирает.

Используя конфокальную визуализацию, исследователи могут отобразить весь организм живого червя, чтобы получить полную и точную картину размеров всех клеток гонад, а также обмена жидкости между клетками. Стефан Гриль, представитель группы передового опыта в области физики жизни (PoL) и руководитель междисциплинарной работы, добавляет: «Эти открытия очень захватывающие, потому что они показывают, что решение о жизни и смерти в клетках является механическим по своей природе и зависит от ткани. Это помогает понять, как организм автоматически выбирает для себя. Клетка, которая станет яйцом. Более того, это исследование является еще одним примером отличного сотрудничества дрезденских биологов, физиков и математиков ».