Какую роль гравитация играет в жизни клеток
Эффект гравитации всегда учитывают при строительстве домов и проектировании самолетов, но биологи считают, что обычная клетка слишком мала, чтобы сила притяжения воздействовала на ее устройство или поведение. Принстонские ученые обнаружили, что именно гравитация виной тому, чтоклетки животных столь малы (и примерно одинаковы по размеру).
«Гравитация начинает играть важную роль на куда более микроскопических уровнях, чем вы могли бы подумать», - рассказывает автор исследования Клиффорд Брэнгвинн (Clifford Brangwynne). По достижении определенного размера клетка начинает подвергаться воздействию силы притяжения. Ей становится необходим клеточный каркас для стабилизации своих внутренних элементов.
Типичная клетка животных достигает примерно 10 микрон в диаметре (это тысячные доли миллиметра). Редкие экземпляры – например, яйцеклетка гладкой шпорцевой лягушки (Xenopus laevis) – достигают целого миллиметра, но такие клетки встречаются нечасто. Обычно ученые объясняют этот «лимит роста» тем, что большим клеткам сложно добывать питательные вещества, но серьезных доказательств тому, по мнению Брэнгвинна, представлено не было.
В своем предыдущем исследовании биолог показал, что некоторые крупные компоненты клеток похожи на капли воды – при соприкосновении они сливаются вместе. Но в ядре клетки что-то не дает им стать одним большим сгустком. Нет ли там каркаса или решетки, которая пропускает маленькие частицы, а большие задерживает, и так предотвращает их слияние?
Аспирантка Брэнгвинна Марина Ферич (Marina Feric) проверила эту гипотезу, вводя в ядро лягушачьей яйцеклетки «шарики» разного размера и наблюдая за их движением. Как и ожидалось, маленькие шарики проходили сквозь ядро, а большие застревали в ее «сети».
Потом Ферич проверила, не сделана ли эта структура из волокон актина – белка, который образует цитоскелет в других частях клетки (а роль его в ядре пока не до конца понятна ученым).
Биологи очистили ядра клеток от актина – с помощью специальных препаратов, или просто заставив ядро выкачать этот белок.
«И тогда крупные частицы тоже начали погружаться – как камешки – на дно ядра. Мы были поражены», - рассказывает Брэнгвинн.
Ферич также добавила к белкам актина флуоресцентное соединение, чтобы визуализировать структуру. И размер отверстий в сетке соответствовал тому, что показал эксперимент с шариками.
Ученые обратили внимание на то, что в относительно маленьких клетках актина мало, и в их ядрах он не образует сети. Тогда Ферич и Брэнгвинн заключили, что актиновая сеть – это средство защиты крупных клеток от эффектов гравитации.
Они предположили, что сила притяжения начинает играть важную роль в жизни клетки по достижении определенной плотности ее внутренних элементов и размера примерно в 10 микрон. Редкие клетки животных преодолевают этот предел. Актин в ядрах крупных клеток удерживает компоненты на нужных местах и не дает им «падать».
Компоненты небольших клеток похожи на пылинки – они словно плывут по воздуху, свободные от силы притяжения. А вот в крупных клетках они уже как песчинки, или слипшиеся вместе пылинки. Чтобы удержаться «на плаву», им нужна дополнительная поддержка. Актиновая «сетка» поддерживает и не дает склеиться большому количеству «набившихся» в ядро компонентов.
Сейчас принстонская группа планирует повторить свой эксперимент на клетках разного размера и дальше изучать свойства актинового «каркаса» в клеточных ядрах.
Результаты исследования представлены в журнале Nature Cell Biology.
По материалам пресс-релиза университета.
Артём Космарский nauka21vek.ru