Ученые совершили открытие, переворачивающее представления о делении клеток

Ученые из Манчестерского университета изменили наше понимание того, как делятся клетки в живых организмах, что может пересмотреть то, чему учат школьников в школе. В исследовании, опубликованном в журнале Science, исследователи бросают вызов общепринятым взглядам, которым учат в школах более 100 лет.

В настоящее время считается, что во время деления клеток родительская клетка становится сферической, прежде чем разделиться на две дочерние клетки одинакового размера и формы . Однако исследование показывает, что округление клеток не является универсальной особенностью деления клеток и не является тем, как это часто происходит в организме.

Исследователи показывают, что делящиеся клетки часто не округляются до сфероподобных форм. Это отсутствие округления нарушает симметрию деления, в результате чего образуются две дочерние клетки, отличающиеся друг от друга как по размеру, так и по функциям, что известно как асимметричное деление.

Асимметричные деления являются важным способом, с помощью которого в организме генерируются различные типы клеток, чтобы создавать различные ткани и органы. До сих пор асимметричное деление клеток преимущественно ассоциировалось только с высокоспециализированными клетками, известными как стволовые клетки.

Ученые обнаружили, что именно форма родительской клетки еще до ее деления может определять, округляться она или нет при делении, и определяет, насколько симметричными — или нет — будут ее дочерние клетки. Клетки, которые короче и шире по форме, как правило, округляются и делятся на две клетки, которые похожи друг на друга. Однако клетки, которые длиннее и тоньше, не округляются и делятся асимметрично, так что одна дочерняя клетка отличается от другой.

Результаты могут иметь далеко идущие последствия для нашего понимания роли деления клеток в болезнях. Например, в контексте раковых клеток этот тип «некруглого», асимметричного деления может генерировать различные поведения клеток, которые, как известно, способствуют прогрессированию рака через метастазы.

Использование этой информации также может повлиять на регенеративную медицину, позволяя нам лучше производить типы клеток, необходимые для регенерации поврежденных тканей и органов. Ученые могут однажды получить возможность влиять на функцию дочерних клеток, просто манипулируя формой родительских клеток.

«Явление митоза — или деления клеток — является одним из основ жизни и базовой биологической концепцией, которую изучают со школьного возраста. Учащиеся узнают, что при делении клетки она приобретает однородную сферическую форму. Однако наше исследование показывает, что в реальных живых организмах все не так просто», - сказал соавтор исследования Шейн Герберт из Манчестерского университета. «Наше исследование показывает, что форма клетки до ее деления может принципиально определять, станет ли клетка круглой, и, что важно, будут ли ее дочерние клетки симметричными или асимметричными как по размеру, так и по функциям».

Ученые использовали визуализацию в реальном времени для изучения формирования кровеносных сосудов у однодневных прозрачных эмбрионов данио-рерио.

Растущие кровеносные сосуды и другие ткани состоят из нитей коллективно мигрирующих клеток. Каждый новый сосуд возглавляется специальной быстро движущейся клеткой спереди, а более медленные клетки следуют за ней.

Исследование показало, что когда быстро движущаяся клетка «кончика» делится, она не «закругляется», как ожидалось. При этом она может делиться асимметрично и генерировать новую быструю клетку «кончика» спереди и более медленную клетку позади нее.

«Использование прозрачных однодневных эмбрионов данио-рерио позволяет нам изучать динамический процесс, такой как деление клеток внутри живого организма. Поэтому мы можем снимать фильмы об этом фундаментальном поведении клеток и тем самым открывать новые захватывающие аспекты того, как растут ткани», - добавляет соавтор исследования Холли Лавгроув из Манчестерского университета.

Команда также использовала технологию с использованием человеческих клеток, называемую микропаттернингом.

«Микропаттернирование позволяет нам создавать микроскопические участки белков особой формы, к которым могут прилипать клетки. Затем клетки принимают форму участка. Таким образом, это позволяет нам изменять форму клеток и проверять, как эти формы влияют на последующее деление клеток», - сказала соавтор исследования Джорджия Халмс также из Манчестерского университета.

Система микропаттернинга, используемая учеными, называется PRIMO by Alvéole. Эта система позволила ученым манипулировать клетками в различных формах с крошечным разрешением менее одной десятой ширины человеческого волоса. Ультрафиолетовый лазер используется для выжигания определенных форм на нелипкой поверхности. Затем клетки высеваются на поверхность и могут прилипнуть только в тех областях, где ультрафиолетовый лазер напечатал форму. Затем клетки распределяются в форме, нарисованной лазером, и это позволило ученым создать точную форму клетки, которую они хотят.