Ученые обнаружили, что органеллы растут не постепенно, а случайными всплесками
Эукариоты — это организмы, клетки которых имеют ядро. Эукариотические клетки — те, из которых состоит большая часть жизни, какой мы ее знаем, включая всех животных, растения и грибы, — это высокоструктурированные объекты.
Эти клетки собирают и поддерживают свои собственные меньшие внутренние части: связанные с мембраной органеллы, такие как ядра, которые хранят генетическую информацию, или митохондрии, которые производят химическую энергию. Но многое еще предстоит узнать о том, как они организуются в эти пространственные блоки.
Физики из университета в Сент-Луисе провели новые эксперименты, показавшие, что эукариотические клетки могут надежно контролировать средние колебания размера органелл.
Демонстрируя, что размеры органелл подчиняются универсальному масштабному соотношению, которое ученые предсказывают теоретически, их новая структура предполагает, что органеллы растут случайными всплесками из ограниченного набора строительных блоков.
«В нашей работе мы предполагаем, что этапы выращивания органелл — далеко не упорядоченная сборка «кирпичик за кирпичиком» — происходят в виде стохастических всплесков», — говорят ученые.
«Такие всплески принципиально ограничивают точность, с которой контролируется размер органелл, но также поддерживают различие в размере органелл в узком диапазоне. Скачкообразный рост обеспечивает общий биофизический механизм, с помощью которого клетки могут поддерживать в среднем надежные, но пластичные размеры органелл».
В клеточной биологии органелла — это специализированная субъединица, обычно внутри клетки, которая выполняет определенную функцию. Название органелла происходит от идеи, что эти структуры являются частями клеток, как органы для тела, отсюда органелла, суффикс -елла является уменьшительным. Органеллы либо отдельно заключены в свои собственные липидные бислои (также называемые мембраносвязанными органеллами), либо представляют собой пространственно отдельные функциональные единицы без окружающего липидного бислоя.
Органеллы должны быть достаточно гибкими, чтобы позволить клеткам расти или уменьшаться в зависимости от требований окружающей среды. Тем не менее размер органелл необходимо поддерживать в определенных пределах.
Биологи ранее идентифицировали определенные молекулярные факторы, которые регулируют размеры органелл, но это исследование дает новое понимание количественных принципов, лежащих в основе контроля размера органелл.
Хотя в исследовании в качестве модельного организма использовались почкующиеся дрожжи, команда ученых с нетерпением ждет возможности изучить, как эти механизмы сборки используются у разных видов и типов клеток.
По словам ученых, они планируют изучить, чему эти паттерны устойчивости могут научить нас в отношении того, как использовать сборку органелл для биоинженерных приложений и как выявлять дефекты в биогенезе органелл в контексте болезни.
«Образец устойчивости к размеру органелл одинаков для почкующихся дрожжей и iPS-клеток человека», — говорят исследователи. «Основные молекулярные механизмы, вызывающие эти всплески, еще полностью не выяснены и, вероятно, будут специфичными для органелл и потенциально видоспецифичными».
Исследование было опубликовано в журнале Physical Review Letters.