Biologové objevují spoušť buněčného výčnělku – proces eliminace zbytečných buněk

Embryo C. elegans (zelené) infiltruje buňku (purpurová buňka ve středu obrazu) během embryonálního vývoje. Zápočet: Foto s laskavým svolením výzkumníků

Výzkum naznačuje, že tento proces eliminace nepotřebných buněk může také chránit před rakovinou.

U všech zvířat je odstranění určitých buněk nezbytnou součástí vývoje plodu. Živé buňky jsou přirozeně oslabeny ve zralých tkáních; Například střevní výstelka se každých pár dní vyprázdní.

Jedním ze způsobů, jak se organismy zbavují nepotřebných buněk, je proces zvaný vytlačování, který umožňuje vytlačování buněk z vrstvy tkáně, aniž by došlo k narušení vrstvy buněk, které po sobě zůstaly. S Biologové nyní zjistili, že tento proces je spuštěn, když buňky nejsou schopné tento proces replikovat DNA Během buněčného dělení.

Vědci tento mechanismus objevili u červa C. elegans„Ukázali, že stejný proces může být řízen buňkami savců; Věří, že vytlačování může sloužit jako způsob, jak tělo eliminovat rakovinné nebo prekancerózní buňky.

„Vytlačování buněk je mechanismus eliminace buněk používaný různými organismy, jako jsou houby, hmyz a lidé,“ říká H. Robert Horowitz, profesor biologie Davida H. Koch z MIT, člen McGovern Institute for Brain Research a Koch Institute for Integrative Cancer Research, a researcher of the Howard Hughes Medical Institute, and the senior author. „Objev, že vytlačování zabraňuje selhání replikace DNA, byl neočekávaný a nabízí nový způsob uvažování o určitých chorobách, zejména rakovině, a možná i jejich zasažení.“

Postdoktorand MIT Vivek Davvidi je hlavním autorem článku publikovaného 5. května 2021, Příroda. Dalšími autory článku jsou Carlos Perdo-Pastor, King’s Research Fellow na London College, MIT Research Specialist Rita Drost, MIT Postdoctoral Fellow Genea Kong, MIT M.Sc., Nolan Tucker, Scientist Of Novartis a bývalý docent MIT Daniel Denning, a profesorka biologie na King College London University Judy Rosenblatt.

Zaseknutý v buněčném cyklu

V 80. letech byl Horowitz jedním z prvních vědců, kteří analyzovali typ programované buněčné sebevraždy zvané apoptóza, kterou organismy používají k eliminaci již nepotřebných buněk. Objevil své objevy C. elegansMalý hlístice obsahující přesně 959 buněk. Je známa linie vývoje každé buňky a vývoj embryí pokaždé sleduje stejný vzorec. Během tohoto vývojového procesu se vytvoří 1090 buněk a 131 buněk podstoupí buněčnou sebevraždu naprogramovanou apoptózou.

Horowitzova laboratoř později ukázala, že pokud by červi byli geneticky mutováni, aby nemohli zabíjet buňky apoptózou, některé z těchto 131 buněk na místě by byly eliminovány vytlačováním buněk, což se jeví jako záložní mechanismus pro apoptózu. Jak tento proces nahrazování funguje, však zůstává záhadou.

Aby tuto záhadu vyřešil, vytvořil Davidi širokoúhlou obrazovku o velikosti více než 11 000 C. elegans Zahrada. Jeden po druhém a jeho kolegové upustili od exprese každého genu na červy, kteří nemohli provádět apoptózu. Tato obrazovka jim umožnila identifikovat geny, které jsou nezbytné pro aktivaci vytlačování buněk během vývoje.

K překvapení vědců bylo mnoho z genů, u nichž bylo zjištěno, že jsou nezbytné pro obratle, zapojeno do cyklu dělení buněk. Tyto geny byly aktivní hlavně v raných stádiích buněčného cyklu, mezi něž patří zahájení cyklu dělení buněk a kopírování DNA buňky.

Další experimenty zjistily, že vrácené buňky nakonec vstupují do buněčného cyklu a začínají replikovat svou DNA. Zdá se však, že v tomto bodě uvízli, což vedlo k jejich uzdravení.

Většina buněk, které se nakonec rozdrtí, je neobvykle malá a produkují nerovné dělení buněk, které vede k jedné velké a mnohem menší buňce. Vědci prokázali, že pokud interferují s geny, které řídí tento proces, takže dvě dceřiné buňky mají téměř stejnou velikost, buňky, které byly normálně oslabené, budou schopné dokončit buněčný cyklus a nebudou zachráněny.

Vědci také ukázali, že selhání velmi malých buněk dokončit buněčný cyklus je způsobeno nedostatkem proteinů a stavebních bloků potřebných k replikaci DNA. Z dalších hlavních proteinů je pravděpodobné, že buňky nemají dostatek enzymu zvaného LRR-1, který je rozhodující pro replikaci DNA. Když se replikace DNA zastaví, proteiny odpovědné za detekci napěťové replikace rychle zastaví buněčné dělení deaktivací proteinu zvaného CDK1. CDK1 také řídí adhezi buněk, takže vědci předpokládají, že když je CDK1 vypnutá, buňky ztrácejí svoji lepivost a disociují, což vede k extrakce.

Ochrana proti rakovině

Horowitzova laboratoř se poté spojila s vědci z King’s College London, vedenou Rosenblattem, aby zjistili, zda by stejný mechanismus mohl použít i savčí buňky. U savců hraje vytlačování buněk důležitou roli při nahrazování výstelky střev, plic a dalších orgánů.

Vědci použili chemickou látku zvanou hydroxymočovina, která způsobila stres replikace DNA v ledvinových buňkách psů rostoucích v buněčné kultuře. Léčba je čtyřnásobná oproti rychlosti vytlačování a vědci zjistili, že extrovertní buňky dosáhly stadia buněčného cyklu, ve kterém byla replikována DNA před extrahováním. Ukázali, že v savčích buňkách je známý supresor rakoviny p53 zapojen do iniciace vytlačování buněk zažívajících replikační stres.

To naznačuje, že kromě dalších rolí, které chrání před rakovinou, může p53 pomáhat eliminovat rakovinné nebo prekancerózní buňky tím, že je nutí extrahovat, říká Davydie.

„Replikační stres je jedním z charakteristických rysů prekancerózních nebo rakovinných buněk. A toto zjištění naznačuje, že buněčný obratel, který zažívá replikační stres, je potenciálně mechanismem potlačujícím nádor,“ říká.

Skutečnost, že buněčný obratel je vidět u tolika zvířat, od hub až po savce, vedla vědce k hypotéze, že se mohl vyvinout jako velmi časná forma eliminace buněk, která byla později nahrazena programovanou buněčnou sebevraždou zahrnující apoptózu.

„Tento mechanismus eliminace buněk závisí pouze na buněčném cyklu,“ říká Davidi. „K eliminaci těchto buněk nevyžaduje takové speciální stroje potřebné pro apoptózu, takže jsme navrhli, že by se mohlo jednat o primární typ eliminace buněk. To znamená, že to mohl být jeden z prvních způsobů, jak eliminovat buňky, které místo, protože to závisí na stejném procesu, jaký organismus používá k vytvoření mnohem více buněk. “

Odkaz: „Replikační napětí podporuje eliminaci buněk extruzí“, autor: Vivek K. Davidi, Carlos Pardo-Pastor, Rita Drosta, Gene Kong, Nolan Tucker, Daniel P. Denning, Judy Rosenblatt a H. Robert Horowitz, 5. května 2021, Příroda.
DOI: 10.1038 / s41586-021-03526-r

Davidi, který absolvoval doktorát na MIT, byl výzkumným pracovníkem v Horně, než nastoupil na magisterský titul na MIT. Tuto studii podporuje lékařský institut Howarda Hughese a National Institutes of Health.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Drsná kůra, která se v noci ozývá, vede k objevení nových druhů

V lesích západní a střední Afriky se v noci ozývají hlasitá volání hybridů stromů - malých, býložravých savců, ale jejich zvuk se liší podle...

Nástroj Nový nástroj určený k podpoře vývoje a vývoje automobilových vozidel

Schematický vnitřní provoz elektrod v palivovém článku և kapacita základních parametrů. Půjčka:Heinz a kol., 2021: Široké používání tradičních vozidel na vodíkový pohon nad tradičními...

Identifikace velmi počátečních kroků, které vedou k rozvoji rakoviny

Konfokální mikrofotografie tenkého střeva myši pomocí technologie Red2Onco. S Red2Onco můžete označit onkogenní mutantní klony (červené klony) a běžné nebo divoké klony (žluté...

Neandertálci a raná moderní lidská kultura koexistovali vedle starších tradic již více než 100 000 let

Výzkum Fakulty antropologie a ochrany na University of Kent zjistil, že jedna z prvních kultur kamenných nástrojů známá jako Acheulean trvala pravděpodobně o desítky...

Snadná věda: co jsou sterilní neutrina?

Sterilní neutrina jsou speciální typ neutrin, který byl navržen k vysvětlení některých neočekávaných experimentálních výsledků, ale nakonec nebyl objeven. Vědci je hledají v...

Newsletter

Subscribe to stay updated.