Cheia mecanică este originea deciziei morții celulare

Instabilitatea hidraulică decide cine trebuie să moară și cine să trăiască

La multe specii, inclusiv la om, celulele responsabile de reproducere, celulele germinale, sunt adesea foarte interconectate și își împart citoplasma. La nematodul hermafrodit Caenorhabdita eleganţă, până la 500 de celule germinale sunt conectate între ele în gonadă, țesutul care produce ouă și spermă. Aceste celule sunt aranjate în jurul unui „coridor” citoplasmatic central și fac schimb de material citoplasmatic care promovează creșterea celulară și, în cele din urmă, produce ovocite gata de fertilizare.

În studiile anterioare, cercetătorii au descoperit acest lucru C. elegans gonadele generează mai multe celule germinale decât este necesar și doar jumătate cresc pentru a deveni ovocite, în timp ce restul se micșorează și mor prin apoptoză fiziologică, o moarte celulară programată care are loc în organismele multicelulare. Acum, oamenii de știință de la TU Dresden Biotechnology Center (BIOTEC), Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG), TU Dresden Cluster of Excellence Physics of Life (PoL), Institutul Max Planck pentru fizica sistemelor complexe (MPI-PKS), Flatiron Institute, New York și Universitatea din California, Berkeley, au găsit dovezi care să răspundă la întrebarea care declanșează această decizie a soartei celulare între viață și moarte la linia germinativă.

Instabilitățile hidraulice dictează volumul

Instabilitățile hidraulice dictează volumele de celule germinale și baloane din stânga: imaginea a două baloane conectate printr-un tub central, orice aer nou care trece prin tubul alb va umfla balonul roșu în locul celui albastru. Dreapta: Imagine confocală a discului rotativ al celulelor germinale interconectate ale C. elegans. Actina corticală care prezintă cortexul celular este marcată în magenta și miozină, delimitând deschiderile celulelor germinale prin care ambele celule schimbă materialul citoplasmatic. Credit: YOU Dresden

Studiile anterioare au relevat baza genetică și semnalele biochimice care duc la moartea celulelor fiziologice, dar mecanismele care selectează și inițiază apoptoza în celulele germinale individuale nu au fost clare. Pe măsură ce celulele germinale se maturizează de-a lungul gonadei nematodului, ele cresc mai întâi în mod colectiv în mărime și volum omogen. În studiul publicat recent în Nature Physics, oamenii de știință arată că această creștere omogenă trece brusc la o creștere eterogenă, unde unele celule devin mai mari și altele devin mai mici.

Cercetătorul Nicolas Chartier din grupul Stephan Grill și coautor al studiului explică: „Analizând cu precizie volumele de celule germinale și fluxurile de material citoplasmatic în viermi vii și dezvoltând o modelare teoretică, am identificat o instabilitate hidraulică care amplifică diferențele inițiale mici aleatorii în volum, care determină creșterea volumului unor celule germinale în detrimentul altora care se micșorează. Este un fenomen, care poate fi comparat cu instabilitatea a două baloane, bine cunoscute fizicienilor. Această instabilitate apare atunci când suflă simultan pe două baloane de cauciuc încercând să le umfle pe amândouă. Doar cel mai mare balon se va umfla, deoarece are o presiune internă mai mică decât cel mai mic și, prin urmare, este mai ușor de umflat.

Aceasta este ceea ce este în joc în selecția celulelor germinale: aceste diferențe de presiune tind să destabilizeze configurația simetrică cu volume egale de celule germinale, așa-numitele instabilități hidraulice, care duc la creșterea celulei germinale mai mari. cel mai mic. Prin reducerea artificială a volumelor de celule germinale prin pompare termoviscă (FLUCS metoda: transmisie citoplasmatică indusă de lumină focalizată), echipa a arătat că reducerea volumelor celulare duce la extrudarea și moartea celulei acestora, indicând că odată ce o celulă este sub o dimensiune critică, apoptoza este indusă și celula moare.

Utilizând imagini confocale, cercetătorii ar putea imagina întregul organism al viermelui viu pentru a primi o imagine globală și precisă a volumelor tuturor celulelor gonade, precum și schimbul de fluide între celule. Stephan Grill, președintele Clusterului de excelență fizică în viață (PoL) și supraveghetor al activității multidisciplinare, adaugă: „Aceste descoperiri sunt foarte interesante, deoarece arată că decizia despre viață și moarte în celule este de natură mecanică și este legată de hidraulică de țesături. Ajută la înțelegerea modului în care corpul selectează automat o celulă care va deveni un ou. În plus, studiul este un alt exemplu de cooperare excelentă între biologi, fizicieni și matematicieni din Dresda. “

Referință: „O instabilitate hidraulică conduce decizia morții celulare către linia germinală a nematodului” de Nicolas T. Chartier, Arghyadip Mukherjee, Julia Pfanzelter, Sebastian Fürthauer, Ben T. Larson, Anatol W. Fritsch, Rana Amini, Moritz Kreysing , Frank Jülicher și Stephan W. Grill, 20 mai 2021, Fizica naturii.
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

Inginerii dezvoltă o nouă tehnologie de tratare a apei care ar putea ajuta și exploratorii Marte

Un catalizator care distruge percloratul din apă poate curăța solul marțian. O echipă condusă de ingineri de la Universitatea din California Riverside a dezvoltat un...

Dezechilibrul energetic al Pământului s-a dublat

Faceți clic pe imaginea pentru a anima: Comparația estimărilor anuale suprapuse la intervale de 6 luni ale fluxului anual net de energie în atmosfera...

Modul în care celulele folosesc „pungile pentru gunoi” pentru a-și transporta deșeurile de reciclare

Descoperirile pot avea implicații importante pentru înțelegerea bolilor legate de vârstă. Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebys au obținut o perspectivă mai profundă...

Cercetătorii iau distribuția cheii cuantice din laborator

Dovezile pe teren arată că simpla funcționare a sistemului DCC cu rețeaua de telecomunicații existentă în Italia. Într-un nou studiu, cercetătorii au demonstrat un sistem...

Știința simplificată: ce sunt rețelele cuantice?

din Departamentul Energiei din SUA 17 iunie 2021 Părțile interesate din guvern, laboratoare naționale, universități și industrie s-au alăturat DOE Internet Quantum Project Workshop pentru a...

Newsletter

Subscribe to stay updated.