Микроскопические черви показали, насколько на самом деле тесны клетки

от

В исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, группа учёных из Калифорнийского университета в Дейвисе отслеживала движение флуоресцентных частиц внутри клеток микроскопических червей. Это позволило получить беспрецедентное представление о скученности клеток у многоклеточных животных.

Они обнаружили, что цитоплазма внутри червей значительно более переполнена и разделена на отсеки, чем в одноклеточных дрожжах или клетках культуры тканей млекопитающих, которые обычно используются для оценки внутренней клеточной динамики.

Эта разница подчёркивает важность изучения клеточных процессов у живых животных, а не в клеточной культуре, сказал первый автор исследования Сянъи Дин, кандидат наук в группе интегративной генетики и геномики.

«Это меняет всё. Скученность в клетке влияет на любой процесс, который зависит от движения и взаимодействия молекул, включая доставку лекарств, прогрессирование заболеваний и реакцию клеток на стресс», — отметил он.

Чтобы исследовать движение частиц внутри многоклеточных организмов, команда под руководством Даниэля Старра, профессора молекулярной и клеточной биологии, и Г. В. Гэнтона Люкстона, адъюнкт-профессора молекулярной и клеточной биологии, использовала белковые структуры, называемые генетически кодируемыми мультимерными наночастицами (GEMs).

GEMs основаны на природных белках, которые самособираются в частицы диаметром около 40 нанометров, размером с рибосому. GEMs были изменены таким образом, что их поверхности покрыты флуоресцентными метками, что позволяет отслеживать их движение под микроскопом со скоростью до 50 кадров в секунду.

Исследователи вставили инструкции ДНК для GEMs в геном Caenorhabditis elegans, микроскопической нематоды с прозрачной кожей, чьи внутренние структуры можно легко визуализировать. Полученные черви развивались и вели себя нормально, но их клетки кишечника и кожи производили тысячи флуоресцентно меченных GEMs.

Используя видео с временными интервалами, исследователи обнаружили, что в среднем GEMs перемещались примерно в 50 раз медленнее в клетках C. elegans, чем в культивируемых клетках млекопитающих или одноклеточных дрожжах. Они также заметили, что большинство GEMs были не только переполнены, но и ограничены определёнными областями, что позволяет предположить наличие какого-то механизма разделения клеток на отсеки.

«Когда мы впервые заметили, что клетки червей очень ограничены, мы подумали, что это ошибка, потому что это полностью отличается от того, что наблюдается у дрожжей или в культуре тканей млекопитающих, которые не ограничены», — сказал Дин.

Команда хотела понять, как клетки червей поддерживают такую более упорядоченную среду. Они начали с изучения роли крупного белка ANC-1, который помогает поддерживать клеточную архитектуру, действуя как каркас.

Когда они нарушили производство ANC-1, клетки червей были такими же переполненными, как и раньше, но GEMs больше не были ограничены определёнными частями цитоплазмы.

Скученность цитоплазмы, с другой стороны, контролировалась концентрацией рибосом — тех же белковых структур, которые контролируют скученность в дрожжах и культивируемых клетках млекопитающих. И когда команда нарушила производство как ANC-1, так и рибосом, движение GEMs стало намного быстрее и менее ограниченным.

«Это показывает, что клетки используют две дополнительные системы для контроля подвижности частиц», — сказал Люкстон. «Рибосомы действуют как упаковочные орешки в коробке, а сами коробки могут быть белковыми комплексами ANC-1. Мы уже знали, что рибосомы действуют как упаковочные орешки, но до сих пор не понимали, как эти два пути работают вместе».

Получение работы GEMs у червей было сложной задачей, которая потребовала годы работы.

«В итоге это оказалось сложнее, чем мы себе представляли», — сказал Старр. «Однако это исследование подчёркивает важность изучения клеток у живых организмов, а не в клеточной культуре, потому что физическая среда культивируемой клетки настолько отличается от всего, что есть в реальном организме».

Теперь, когда команда разработала систему использования GEMs у многоклеточных животных, они планируют исследовать другие типы клеток у червей, такие как нейроны, чтобы понять, как цитоплазма изменяется во время старения и нейродегенерации. Они также планируют использовать GEMs для изучения движения частиц у более сложных организмов, начиная с рыбок данио.

«Это следующий рубеж», — сказал Люкстон. «Мы пытаемся выяснить, как физические свойства клеток способствуют здоровью и болезни, и единственный способ сделать это — изучить ткани у живых организмов на стыке генетики развития и клеточной биофизики».

Предоставлено Калифорнийским университетом в Дейвисе.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте