Органеллы живых клеток формируются случайным образом

Эукариотические клетки, из которых состоит большинство живых организмов, включая всех животных, растения и грибы, представляют собой высокоструктурированные объекты.

Эти клетки собирают и обслуживают свои собственные мелкие внутренние части: связанные мембраной органеллы, такие как ядра, хранящие генетическую информацию, или митохондрии, производящие химическую энергию. Но многое еще предстоит узнать о том, как они организуются.

Физики из Вашингтонского университета в Сент-Луисе провели новые эксперименты, которые показали, что эукариотические клетки могут надежно контролировать средние колебания в размерах органелл. Показав, что размеры органелл подчиняются универсальной масштабной зависимости, которую ученые предсказывают теоретически, новая система предполагает, что органеллы растут случайными всплесками из ограниченного пула строительных блоков.

Исследование было опубликовано 6 января в журнале Physical Review Letters.

Мы предполагаем, что этапы выращивания органелл — далеко не упорядоченная сборка «кирпичик за кирпичиком» — происходят в виде стохастических всплесков, — сказал Шанкар Мукерджи, доцент кафедры физики.

Такие всплески фундаментально ограничивают точность, с которой контролируется размер органелл, но также поддерживают разнообразие в размере органелл в пределах узкого диапазона. Всплескообразный рост обеспечивает общий биофизический механизм, с помощью которого клетки могут поддерживать в среднем надежные, но пластичные размеры органелл.

Органеллы должны быть достаточно гибкими, чтобы клетки могли увеличивать или уменьшать их в зависимости от условий окружающей среды. Тем не менее, размер органелл должен поддерживаться в определенных пределах. Ранее биологи уже определили некоторые молекулярные факторы, регулирующие размеры органелл, но данное исследование дает новое представление о количественных принципах, лежащих в основе контроля размеров органелл.

Хотя в данном исследовании в качестве модельного организма использовались почкующиеся дрожжи, команда с нетерпением ждет возможности изучить, как эти механизмы сборки используются в различных видах и типах клеток. Исследователи хотят понять, чему могут научить нас эти механизмы устойчивости, как использовать сборку органелл в биоинженерных целях и как выявлять дефекты биогенеза органелл в контексте заболеваний.

Модель устойчивости размеров органелл является общей для дрожжей и iPS-клеток* человека», — сказал Мукерджи.

Молекулярные механизмы, лежащие в основе этих всплесков, еще предстоит полностью описать, и, вероятно, они являются органеллоспецифичными и потенциально видоспецифичными.

_{* Стволовые клетки с индуцированной плюрипотентностью}

07.01.2023