Биологи Массачусетского технологического института ответили на важный биологический вопрос: почему клетки контролируют свой размер?

Клетки одного и того же типа поразительно однородны по размеру, в то время как размер клеток различается между разными типами клеток. Это поднимает вопрос о том, важен ли размер клетки для клеточной физиологии.

Новое исследование предполагает, что увеличение клеток приводит к снижению функции стволовых клеток. Исследователи обнаружили, что стволовые клетки крови, которые являются одними из самых маленьких клеток в организме, теряют способность выполнять свои нормальные функции -; восполнение кровяных телец -; по мере того, как они растут. Однако, когда клетки были восстановлены до своего обычного размера, они снова стали вести себя нормально.

Исследователи также обнаружили, что стволовые клетки крови имеют тенденцию к увеличению с возрастом. Их исследование показывает, что это увеличение способствует сокращению стволовых клеток во время старения.

Мы открыли увеличение клеток как новый фактор старения in vivo, и теперь мы можем исследовать, можем ли мы лечить увеличение клеток, чтобы отсрочить старение и связанные со старением заболевания »

Йетте Ленгефельд, бывший постдок Массачусетского технологического института, главный исследователь Хельсинкского университета

Ленгефельд является ведущим автором исследования, которое сегодня публикуется в Science Advances . Покойная Анжелика Амон, профессор биологии Массачусетского технологического института и член Института интегративных исследований рака Коха, является старшим автором исследования.

Негабаритные эффекты

С 1960-х годов известно, что человеческие клетки, выращенные в лабораторной посуде, увеличиваются в размерах по мере того, как они стареют -; неделящееся клеточное состояние

что связано со старением. Каждый раз, когда клетка делится, она может столкнуться с повреждением ДНК. Когда это происходит, дивизия останавливается для устранения повреждений. Во время каждой из этих задержек клетка немного увеличивается в размерах. Многие ученые полагали, что это увеличение было просто побочным эффектом старения, но лаборатория Амона начала исследовать возможность того, что большой размер клеток вызывает возрастную потерю функций.

Ленгефельд изучал влияние размера на стволовые клетки -; в частности, стволовые клетки крови, которые дают начало клеткам крови нашего тела на протяжении всей жизни. Чтобы изучить, как размер влияет на эти стволовые клетки, исследователи повредили их ДНК, что привело к увеличению их размера. Затем они сравнили эти увеличенные клетки с другими клетками, которые также испытали повреждение ДНК, но не смогли увеличиться в размерах с помощью препарата под названием рапамицин.

После лечения исследователи измерили функциональность этих двух групп стволовых клеток, введя их мышам, у которых были удалены собственные стволовые клетки крови. Это позволило исследователям определить, способны ли трансплантированные стволовые клетки повторно заселять клетки крови мыши.

Они обнаружили, что поврежденные ДНК и увеличенные стволовые клетки неспособны производить новые клетки крови. Однако стволовые клетки, поврежденные ДНК, которые хранились в небольших размерах, все еще могли производить новые клетки крови.

В другом эксперименте исследователи использовали генетическую мутацию, чтобы уменьшить размер естественных больших стволовых клеток, которые они обнаружили у старых мышей. Они показали, что если они заставляли эти большие стволовые клетки снова становиться маленькими, клетки восстанавливали свой регенеративный потенциал и вели себя как более молодые стволовые клетки.

«Это поразительное доказательство того, что модель важна для функциональности стволовых клеток», – говорит Ленгефельд. «Когда мы повреждаем ДНК стволовых клеток, но оставляем их маленькими во время повреждения, они сохраняют свою функциональность. И если мы уменьшим размер крупных стволовых клеток, мы сможем восстановить их функцию»

Сохранение малых размеров камер

Когда исследователи лечили мышей рапамицином, начиная с раннего возраста, они смогли предотвратить увеличение стволовых клеток крови по мере взросления мышей. Стволовые клетки крови этих мышей оставались маленькими и могли создавать клетки крови, как молодые стволовые клетки, даже у мышей в возрасте 3 лет -; старость для мыши.

Рапамицин, лекарство, которое может ингибировать рост клеток, в настоящее время используется для лечения некоторых видов рака и предотвращения отторжения трансплантата органов, и это вызвало интерес из-за его способности увеличивать продолжительность жизни у мышей и других организмов. По словам Ленгефельда, это может быть полезно для замедления роста стволовых клеток и, следовательно, может иметь положительный эффект у людей.

«Если мы найдем лекарства, которые снова уменьшают размер крупных стволовых клеток крови, мы сможем проверить, улучшает ли это здоровье людей, страдающих от проблем с кровеносной системой, таких как анемия и ослабленная иммунная система, или может даже помочь людям с лейкемией », – говорит она.

Исследователи также продемонстрировали важность размера для другого типа стволовых клеток -; кишечные стволовые клетки. Они обнаружили, что более крупные стволовые клетки в меньшей степени способны генерировать органоиды кишечника, имитирующие структуру слизистой оболочки кишечника.

«Это предполагает, что эта взаимосвязь между размером и функцией клеток сохраняется в стволовых клетках, и что размер клетки является маркером функции стволовых клеток», – говорит Ленгефельд. ​​