Может ли яичница сама расшифроваться? Ну типа.
Цитоплазма разорвавшихся яиц лягушки Xenopus спонтанно реорганизуется в клеточные компартменты, согласно исследованию, проведенному учеными из Медицинской школы Стэнфордского университета.
"Мы были ошеломлены", сказал Джеймс Феррелл, доктор медицинских наук, профессор химической и системной биологии и биохимии. «Если вы смешаете компьютер, вы получите крошечные кусочки компьютера, и они даже не смогут сложить два и два. Но, о чудо, цитоплазма реорганизуется."
Примечательно, что самособирающиеся отсеки сохраняют способность подвергаться делению и могут образовывать более мелкие отсеки. Предыдущие исследования показали, что некоторые субклеточные структуры, такие как центросомы и эндоплазматический ретикулум, могут самособираться вне клеток из их очищенных компонентов, демонстрируя, что эти структуры обладают некоторой способностью к самоорганизации. Однако новое исследование представляет собой первый пример самоорганизации в масштабе и сложности целых клеток.
Феррелл является ведущим автором исследования, которое будет опубликовано 1 ноября в журнале Science. Ведущий автор - аспирант Сяньруй Ченг, доктор философии.
Компартменты формируются спонтанно
Открытие основывалось на наблюдениях Ченга. Изучая молекулярный процесс, известный как запрограммированная гибель клеток, он заметил, что ядра в пробирке с цитоплазматическим экстрактом из яиц лягушек вели себя неожиданно. Примерно через 30 минут ядра организовались таким образом, что расстояние между двумя ядрами стало почти равным, сказал Ченг. Когда он изобразил цитоплазматический экстракт на предметных стеклах микроскопа, он увидел, что он образовал отдельные компартменты, которые напоминали слой клеток.
Если вы возьмете цитоплазму яйца лягушки - обратите внимание, что цитоплазма была гомогенизирована, так что любая пространственная структура, которая там была, была полностью разрушена - и просто дайте ей постоять при комнатной температуре, она реорганизуется и образуют небольшие клеточные единицы. Это довольно удивительно», - сказал Ченг. Эти подобные клеткам компартменты образовались независимо от того, были ли добавлены ядра сперматозоидов Xenopus, что позволяет предположить, что поведение основывалось на чем-то, присущем яйцеклетке.
Чтобы понять механизм, лежащий в основе этого явления, исследователи проверили, влияет ли на формирование компартмента добавление химических ингибиторов к белкам цитоскелета, моторным белкам и киназам, которые активируют другие белки. Этот подход показал, что АТФ, первичный источник энергии в клетке, и микротрубочки, цитоскелетные филаменты, обеспечивающие структурную поддержку, необходимы для образования компартментов. Динеин, тип моторного белка, также был необходим для правильной локализации микротрубочек.
Самоорганизующиеся отсеки делят
Эти клетки, похожие на клетки, не только выглядели как клетки; они тоже разделились. Экстракт яйца, который исследователи использовали, когда они определили формирование компартмента, содержал химическое вещество, которое препятствовало включению клеток в клеточный цикл. Когда это химическое вещество было удалено, а ядра сперматозоидов были добавлены, экстракт яйцеклетки образовал компартменты, которые разделялись на более мелкие компартменты.
Исследователи увидели, что эти отсеки могут пройти более 25 раундов деления, что указывает на то, что процесс был очень надежным. Деление также было редуктивным, сказал Ченг, поскольку общее количество цитоплазмы оставалось постоянным и с каждым циклом делилось на все более и более мелкие компартменты. «Вы берете материал из яйца, и оно делится способом, напоминающим эмбриональное развитие», - сказал он.«Как и положено в настоящем яйце».
Будущие направления
Все эти данные свидетельствуют о том, что цитоплазма яйца Xenopus обладает внутренней способностью генерировать базовую пространственную организацию клетки и даже выполняет некоторые из ее функций. Однако остается открытым вопрос, какую роль это явление играет в нормальной физиологии яйцеклетки. Другой вопрос заключается в том, свойственна ли эта способность к самоорганизации яйцеклеткам или она присуща другим типам клеток.
Исследователи также надеются глубже понять, что необходимо для самоорганизации. «Мой любимый вопрос прямо сейчас, - сказал Феррелл, - можем ли мы создать простую модель, которая объясняет основы этого процесса организации? Или мы должны сделать что-то чрезвычайно сложное, например, учесть все известные нам свойства микротрубочек. делать?"
Исследование проводилось при поддержке Национального института здоровья (R01GM110564 и P50GM107615).
Кафедры химической и системной биологии и биохимии Стэнфорда также поддержали эту работу.