Сигналом к делению животной клетки служит скорость её роста

Деление клеток млекопитающих начинается не после достижения ими определённого размера, а на определённом значении скорости роста. Деление клетки — процесс настолько привычный, настолько сам собой разумеющийся, что мало кому приходит в голову задуматься, как же оно происходит. Кажется, учёные знают про клеточное деление всё. Это действительно один из самых исследуемых феноменов в биологии, но при всём повышенном к нему внимании есть много важных вопросов, которые по сей день остаются без ответа. Вот один из них: как клетка узнаёт, когда ей пора делиться? У простых одноклеточных организмов вроде дрожжей с этим более или менее просто: они делятся, когда клетка достигает определённого размера. Но оказывается, что с животными клетками, которые живут в составе сложных многоклеточных организмов, дела обстоят сложнее.

Деление клеток меланомы человека; хромосомы окрашены синим, митохондрии — красным, эндоплазматическая сеть — зелёным. (Фото wellcome images.)

Чтобы знать, что заставляет делиться клетки млекопитающих, нужно проследить за ростом индивидуальной клетки. Долгое время это оставалось нерешаемой задачей: просто не было методов, которые позволяли бы следить за динамикой роста отдельных клеток. В 2007 году учёным из Массачусетского технологического института (США) удалось измерить массу отдельной клетки. Спустя несколько лет они модифицировали изобретённый метод так, что теперь можно было не только один раз взвесить клетку, но и наблюдать в реальном времени, как прирастает её масса.

Суть метода состоит в том, что клетка с потоком жидкости движется через узкую трубку и при этом контактирует с крохотным кремниевым кронштейном-кантилевером. Кронштейн совершает колебательные движения, частота которых меняется при контакте с клеткой. Размер клетки можно посчитать из того, насколько сильно она меняет частоту колебаний кронштейна.

Но для самой клетки эта процедура небезопасна, и несколько путешествий через трубку подряд заканчивались её смертью. А чтобы понять динамику роста и соотнести её с клеточным делением, клетку нужно едва ли не постоянно держать на этих «микровесах». В итоге учёные ещё раз модифицировали конструкцию прибора, с тем чтобы героиня исследования могла задерживаться в трубке и получать питательные вещества для роста. Клетки, с которыми велись эксперименты, на определённых этапах клеточного цикла синтезировали флюоресцентный белок, так что можно было сказать, набирает ли клетка всё ещё вес или уже приступила к делению.

Интенсивный клеточный рост происходит в фазе клеточного цикла G1. Следом за ней наступает фаза S, в которой удваивается ДНК. После этого начинается фаза подготовки к клеточному делению. Исследователи пришли к выводу, что у клеток млекопитающих сигналом к делению служит на размер клетки, а темп роста. В течение «первоначально-накопительной» G1-фазы темп роста у клетки увеличивается, и изменения эти происходят по-разному у разных клеток: у одних скорость нарастает быстрее, у других — медленнее. Но к S-фазе изменения темпа роста у разных клеток уравниваются. То есть удвоение генетического материала, предваряющее деление клетки, начинается в момент, когда достигнута какая-то общая величина скорости роста. Легко понять, что масса клеток при этом не обязательно будет одинаковой. После удвоения ДНК темпы роста клеток снова расходятся.

Статья с результатами исследования опубликована в журнале Nature Methods.

Представленный метод позволяет менять условия среды и наблюдать реакцию клетки в течение разных временных промежутков. Таким образом можно, например, проверять действие веществ, замедляющих или ускоряющих размножение клеток (в том числе раковых), и заниматься поиском генов, контролирующих те или иные этапы клеточного цикла.