Ученые из кластера «Физика жизни» (PoL) при Дрезденском техническом университете (Германия) открыли новый механизм, объясняющий, как ранние эмбриональные клетки могут делиться, не образуя полного сократительного кольца, которое традиционно считается необходимым для этого процесса.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, бросают вызов классическому представлению о делении клеток. В статье описывается, как части цитоскелета и материальные свойства внутренней среды клетки (или цитоплазмы) взаимодействуют, обеспечивая деление с помощью механического храпового механизма.
Исследователи обнаружили ранее неизвестный механизм клеточного деления у эмбрионов, в яйцеклетке которых содержится большое количество желтка.
Ученые изучали эмбрионы рыбок данио, которые быстро делятся и на ранних стадиях развития имеют крупные, заполненные желтком клетки. Аккуратно разрезая актиновую полосу лазером, они заметили, что полоса продолжала сокращаться, несмотря на разрыв, что позволяет предположить, что точки прикрепления распределены вдоль полосы, а не на ее концах. Кроме того, оказалось, что микротрубочки, еще одна важная часть цитоскелета, изгибаются и расходятся в ответ на лазерные разрезы и играют ключевую роль в стабилизации полосы во время сокращения.
Чтобы выяснить роль микротрубочек в этом процессе, ученые разрушили их в ходе двух отдельных экспериментов: с помощью химической деполимеризации (фактически остановившей формирование новых микротрубочек) и с помощью физического разрушения с использованием препятствия в виде микроскопической капли масла.
Без микротрубочек полоса актина разрушилась, что доказывает, что микротрубочки необходимы для удержания полосы на месте. Они не только механически стабилизируют актиновую полосу, но и участвуют в ее формировании.
Главное открытие — это динамическое изменение свойств цитоплазмы в течение клеточного цикла. В интерфазе, когда формируются лучистые структуры из микротрубочек (астры), внутренняя среда клетки становится более жесткой, создавая каркас для стабилизации актиновой полосы. В митотической фазе цитоплазма разжижается, позволяя полосе врезаться между будущими клетками.
Поскольку сжатие полосы в жидкой фазе нестабильно, деление происходит за несколько циклов. В следующей интерфазе цитоплазма снова твердеет, фиксируя достигнутый прогресс. Этот чередующийся процесс постепенно разделяет клетку в замкнутом кольце.
Этот чередующий алгоритм обеспечивает деление клетки в полностью сформированном сократительном кольце. Деление становится возможным благодаря чередованию свойств цитоплазмы и происходит в течение нескольких клеточных циклов, а не одного.
Это открытие представляет собой новую парадигму для понимания клеточного деления в крупных эмбриональных клетках и может быть применимо к различным видам с богатыми желтком эмбрионами. Кроме того, это исследование показывает важность временного контроля свойств материала в цитоплазме для клеточных процессов. Понимание этих механизмов откроет новые перспективы для изучения развития данного процесса у разных видов.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что создан первый в истории атлас развития мозга.
