Mechanické důkazy jsou původem rozhodnutí o buněčné smrti

Hydraulická nestabilita určuje, kdo zemře a kdo žije

U mnoha druhů, včetně lidí, jsou buňky odpovědné za reprodukci, nazývané zárodečné buňky, často úzce propojeny a dělí svou cytoplazmu. U hermafroditového hlístice Caenorhabditis eleganciV pohlavní žláze, tkáni, která produkuje vajíčka a spermie, je navzájem propojeno až 500 zárodečných buněk. Tyto buňky jsou uspořádány kolem centrální cytoplazmatické „chodby“ a vyměňují si cytoplazmatický materiál, aby podpořily růst buněk a nakonec produkovaly vajíčka připravená k oplodnění.

V předchozích studiích to vědci zjistili C. elegans Gonády produkují více zárodečných buněk, než je potřeba, a pouze polovina z nich roste do oocytů, zatímco ostatní se smršťují a umírají fyziologickou apoptózou, programovanou smrtí buněk, ke které dochází v mnohobuněčných organismech. Nyní vědecký pracovník v Biotechnologickém centru TU Drážďany (BIOTEC), Institutu Maxe Plancka pro molekulární buněčnou biologii a genetiku (MPI-CBG), Excelenční klastrová fyzika života (PoL) na TU Drážďany, Institutu Maxe Plancka pro Fyzika komplexních systémů (MPI-PKS), Flatiron Institute, NY a USA University of California, Berkeleynašel důkazy pro zodpovězení otázky, co spouští toto rozhodnutí o osudu buněk mezi životem a smrtí v zárodečné linii.

Objem určuje hydraulická nestabilita

Hydraulické nestability určují objem zárodečných buněk a balónků. Vlevo: Obrázek dvou balónků spojených centrální trubicí. Jakýkoli nový vzduch, který protéká bílou trubicí, nafoukne červený balón, ne modrý. Vpravo: Konfokální obraz rotujícího disku propojených zárodečných buněk C. elegans. Kortikální aktin, který ukazuje buněčnou kůru, je označen purpurově a myosinem, přičemž otvory zárodečných buněk, kterými si obě buňky vyměňují cytoplazmatický materiál, jsou označeny zeleně. Fotografické kredity: TU Dresden

Předchozí studie odhalily genetický základ a biochemické signály, které řídí fyziologickou buněčnou smrt, ale mechanismy, které selektují a iniciují apoptózu v jednotlivých zárodečných buňkách, zůstaly nejasné. Když zárodečné buňky dozrávají podél gonády hlístice, zpočátku rostou společně homogenně ve velikosti a objemu. Ve studii, která byla právě publikována v Nature Physics, vědci ukazují, že tento homogenní růst se náhle posune k heterogennímu růstu, ve kterém se některé buňky zvětší a některé buňky se zmenší.

Výzkumný pracovník Nicolas Chartier ze skupiny Stephan Grill a spoluautor studie vysvětluje: „Přesnou analýzou objemu zárodečných buněk a toku cytoplazmatického materiálu u živých červů a vývojem teoretických modelů jsme identifikovali hydraulický nestabilita, která zesiluje malé počáteční náhodné rozdíly objemu, což způsobuje zvětšení objemu některých zárodečných buněk na úkor ostatních zmenšení. Je to jev, který lze přirovnat k nestabilitě dvou balónků, kterou znají fyzici. K takové nestabilitě dochází při současném foukání do dvou gumových balónků, které se snaží oba nafouknout. Nafoukne se pouze větší balón, protože má nižší vnitřní tlak než ten menší, a proto se snadněji nafoukne. “

To je případ výběru zárodečných buněk: Tyto tlakové rozdíly mají tendenci destabilizovat symetrickou konfiguraci se stejnými objemy zárodečných buněk, takzvanými hydraulickými nestabilitami, což vede k růstu větší zárodečné buňky na úkor menších ty. Umělým snížením objemu zárodečných buněk pomocí termoviskózního čerpání (FLUCS Metoda: zaměřené na světlo indukované cytoplazmatické proudění), tým ukázal, že snížení objemu buněk vede k jejich vytlačování a buněčné smrti, což naznačuje, že je indukována apoptóza a buňka zemře, jakmile buňka klesne pod kritickou velikost.

Pomocí konfokálního zobrazování byli vědci schopni zobrazit celý organismus žijícího červa, aby získali globální a přesný obraz o objemech všech gonadálních buněk a výměně tekutin mezi buňkami. Stephan Grill, mluvčí klastru excelence Fyzika života (PoL) a vedoucí multidisciplinární práce, dodává: „Tyto výsledky jsou velmi vzrušující, protože ukazují, že rozhodnutí mezi životem a smrtí v buňkách má mechanickou povahu a souvisí s tkáňová hydraulika. Pomáhá pochopit, jak organismus automaticky vybírá buňku, která se stane vejcem. Kromě toho je studie dalším příkladem vynikající spolupráce mezi biology, fyziky a matematiky v Drážďanech. “

Odkaz: „Hydraulická nestabilita řídí rozhodnutí buněčné smrti v dráze zárodků hlístic“, autor: Nicolas T. Chartier, Arghyadip Mukherjee, Julia Pfanzelter, Sebastian Fürthauer, Ben T. Larson, Anatol W. Fritsch, Rana Amini, Moritz Kreysing, Frank Jülicher a Stephan W.. Grill, 20. května 2021, Přírodní fyzika.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01235-x

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.