Британские исследователи ответили на давний вопрос биологии: как клетки регулируют свой размер? Оказывается, они используют содержимое своей ДНК в качестве внутренней шкалы, чтобы проверить, насколько они велики.
Клетки - это строительные блоки жизни, и, как и сама жизнь, они бывают самых разных форм и размеров. Размер большинства эукариотических клеток составляет от одного до 100 микрометров, тогда как нейроны, например, представляют собой тонкие клетки, достигающие в длину до нескольких сантиметров. Яйца на самом деле одноклеточные - страусиные яйца, как самые большие из них, достигают до 13 сантиметров в диаметре.
Каждый тип клетки имеет характерный размер, которого он достигает, прежде чем делится на две дочерние клетки для воспроизводства. Биологи давно задаются вопросом, как клетки узнают, когда они достигли этого порога.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, исследователи из Центра Джона Иннеса в Великобритании решили ответить на этот вопрос, изучив кончики растущих растений, где создаются новые клетки меристемы для образования листьев, цветов и стеблей.
После роста и деления этих клеток с течением времени команда обнаружила, что, хотя клетки могут начать жизнь с разных размеров, все они достигли постоянного размера к тому времени, когда были готовы реплицировать свою ДНК и разделиться на две части.
Углубившись в исследование, исследователи обнаружили, что независимо от исходного размера каждая клетка рождается с одинаковым количеством белка KRP4. Роль этого белка заключается в задержке начала репликации ДНК. Это означает, что если клетка рождается слишком маленькой, белок задерживает репликацию ДНК на более длительное время и дает клетке время, чтобы наверстать упущенное и вырасти до нужного размера - и наоборот для клеток, рожденных слишком большими.
Чтобы это совершалось, каждая клетка начинается с одинакового количества белка KRP4, этот белок «попадает» в ДНК, когда клетка разделяется на две, и любой избыток KRP4, не связанный с ДНК, разрушается другим белком, называемым FBL17. Это означает, что идентичные новорожденные клетки наследуют равное количество KRP4.
На снимке видна апикальная меристема побега (в центре) с выступающими по бокам цветочными бутонами. Клетки, отмеченные зеленым, вот-вот начнут репликацию ДНК, в то время как пурпурный маркер показывает накопление KRP4, который является частью механизма, регулирующего размер клеток. Фото: John Innes Centre
«Долгое время предполагалось, что ДНК может быть использована в качестве шкалы для измерения размера клеток, но было неясно, как клетки могут считывать шкалу и использовать информацию», - объясняет соавтор исследования Роберт Сабловски.
Как, спрашивает он, клетка может узнать, насколько она выросла, если большинство ее компонентов растут с одинаковой скоростью, что не может быть зафиксированным сравнением?
«Единственным исключением является ДНК, которая существует в клетке в точно дискретном количестве - ее количество удваивается перед делением клетки, но она не меняется с ростом клетки», - объясняет Сабловски.
«Главное - использовать ДНК в качестве шаблона для накопления нужного правильного количества белка, который затем необходимо разбавить белком KRP4 до деления клетки. Приятно встретить такое простое решение давней проблемы».
Источники: Cosmos Magazine
