Hidrauliskā nestabilitāte izlemj, kurš nomirst un kurš dzīvo
Daudzās sugās, ieskaitot cilvēkus, par reprodukciju atbildīgās šūnas un dzimumšūnas bieži ir ļoti savstarpēji saistītas un dalās citoplazmā. Hermafrodītos Cistīts ElegāniDzimumdziedzeru audos, kas ražo olšūnas un spermu, kopā ir saistītas līdz 500 dzimumšūnām. Šīs šūnas ir izvietotas ap centrālo citoplazmas “pāreju” un apmainās ar citoplazmas materiāliem, kas veicina šūnu augšanu un galu galā ražo apaugļošanai gatavas olšūnas.
Iepriekšējos pētījumos pētnieki to ir atklājuši C. elegāns Dzimumdziedzeri rada vairāk dzimumšūnu, nekā nepieciešams, un tikai puse no tām izaug par olšūnām, bet pārējās saraujas un iet bojā fizioloģiskās apoptozes, ieprogrammētas šūnu nāves, kas notiek daudzšūnu organismos, dēļ. Tagad zinātnieki no TU Drēzdenes Biotehnoloģijas centra (BIOTEC), Maks Plankas Molekulāro šūnu bioloģijas un ģenētikas institūta (MPI-CBG) un Dzīvības fizikas izcilības (PoL) grupas TU Drēzdenē, Maksa Plankas Sarežģīto sistēmu fizikas institūtā (MPI) Flatiron institūts, Ņujorka un W. Kalifornijas Universitāte, Bērklija, Es atradu pierādījumus, lai atbildētu uz jautājumu par to, kas motivē lēmumu par šīs šūnas likteni starp dzīvību un nāvi cilmes līnijā.
Hidrauliskā nestabilitāte nosaka dzimumšūnu un kreisajā pusē esošo balonu izmērus: divu balonu attēls, kas savienoti caur centrālo cauruli, un jebkurš jauns gaiss, kas nāk caur balto cauruli, piepūš sarkano balonu, nevis zilo balonu. Pa labi: C. elegans rekombinanto dzimumšūnu konfokālais vērpšanas diska attēls. Garozas aktīns, kas parāda šūnu garozu, ir izcelts purpursarkanā krāsā un miozīnā, kā arī iezīmē dzimumšūnu atveres, caur kurām šūnas apmainās ar citoplazmu, un tas ir norādīts zaļā krāsā. Kredīts: TU Drēzdene
Iepriekšējie pētījumi atklāja ģenētisko pamatu un bioķīmiskos signālus, kas noved pie šūnu fizioloģiskās nāves, taču mehānismi, kas nosaka un ierosina apoptozi atsevišķās dzimumšūnās, palika neskaidri. Kad dzimumšūnas nobriest gar nematodes dzimumdziedzeri, tās vispirms masveidā aug pēc izmēra un apjoma. Nesen žurnālā Nature Physics publicētajā pētījumā zinātnieki parādīja, ka šī viendabīgā augšana pēkšņi pārvēršas neviendabīgā augumā, jo dažas šūnas kļūst lielākas, bet dažas mazākas.
“Rūpīgi analizējot dzimumšūnu tilpumu un citoplazmas materiāla plūsmu dzīvos tārpos un izstrādājot teorētisko modelēšanu, mēs esam identificējuši hidrauliskās nestabilitātes, kas pastiprina nelielas sākotnējā nejaušā lieluma atšķirības,” skaidro pētnieks Nikolass Šartjē no Stefana Grila grupas , pētījuma līdzautore. Dažu dzimumšūnu izmērs palielinās uz citu rēķina, kas saraujas. Tā ir parādība, ko var salīdzināt ar divu balonu nestabilitāti, par kuru zina fiziķi. Šī nestabilitāte rodas, kad tiek uzpūsti divi gumijas baloni. vienlaikus cenšoties tās piepumpēt. Tikai lielākais gaisa balons tiks piepūsts, jo tā spiediens Iekšējais kodols ir mazāks par mazāku balonu un tādējādi vieglāk piepūšams. “
Tas ir tas, kas ietekmē dzimumšūnu izvēli: šīm spiediena atšķirībām ir tendence destabilizēt vienādu izmēru dzimumšūnu simetrisku veidošanos, tā saukto hidraulisko nestabilitāti, kas noved pie lielāka dzimumšūnas augšanas uz mazāku rēķina. šūna. Mākslīgi samazinot dzimumšūnu lielumu, sūknējot siltumu (Fluke Metode: Citoplazmas plūsma, ko izraisa fokusēta gaisma), komanda parādīja, ka samazināts šūnu tilpums noved pie to izgrūšanas un nāves, norādot, ka tad, kad šūna ir zem kritiskā lieluma, tiek izraisīta apoptoze un šūna nomirst.
Izmantojot konfokālo attēlveidošanu, pētnieki var nofotografēt visu dzīvā tārpa organismu, lai iegūtu visaptverošu un precīzu priekšstatu par visu dzimumdziedzeru šūnu tilpumu, kā arī šķidruma apmaiņu starp šūnām. Stefans Grils, PO pārstāvis un starpdisciplinārā darba vadītājs, piebilst: “Šie rezultāti ir ļoti aizraujoši, jo atklāj, ka dzīvības un nāves lēmumam šūnās ir mehānisks raksturs un tas attiecas uz audu komponentiem. Tas palīdz saprast, kā organisms automātiski izvēlas kura šūna. “Tā kļūs par olu. Turklāt pētījums ir vēl viens piemērs lieliskai sadarbībai starp biologiem, fiziķiem un matemātiķiem Drēzdenē.”
Atsauce: “Šūnu nāves hidrauliskās nestabilitātes vadīšanas lēmums nematodes celmā”, ievietojis Nikolass T. Šartjē, Argyadeep Mukherjee, Julia Pfanzelter, Sebastian Furthwer, Ben T. Larson, Anatole W. Fritsch, Rana Amini, Morics Cressing, Frank Gulicher Stefans V. Grils, 2021. gada 20. maijs Dabas fizika.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01235-x
