Тайните на клетъчното делене: как клетките знаят кога настъпва правилният момент да се делят

Години наред учените търсят отговор на въпроса как клетките разбират колко са големи и кога трябва да се делят. Експерти от колежа „Dartmouth“ са близо до разгадаване на мистерията, сочейки, че съществена роля за тази уникална способност има протеинът хистон Н3 и ензимът Chk1, който той произвежда.

Размерът на клетките е от ключово значение, защото е свързан с процеса на клетъчно делене в развиващия се организъм. Когато структурата им се удвои, те се разделят. Така от една клетка се получават две нови. След това двете отново се делят и се получават вече четири. Деленето продължава, докато организмът не се сдобие с достатъчен брой.

Как клетките разбират кога трябва да спрат да се делят? Въпросът не вълнува експертите само теоретично. Клетъчното делене е в основата на живота. То може да предизвика процеси с тежки последствия за организма. Ако клетките спрат да се делят прекалено рано, ще се развият увреждания или дефекти. И обратно, ако деленето е неконтролирано, често отключва раково заболяване или друго сериозно нарушение.

Изследване, проведено от екип от колежа „Dartmouth“ и публикувано в списание „Current Biology“, предлага нова интерпретация, като разглежда процеса в обратна посока. Изследователите тръгват от крайния резултат – големите клетки, които намаляват размера си чрез делене, докато не се достигне нужният брой, за да се премине към следващия етап от развитието.

Аманда Амодео, асистент по биология и ръководител на екипа, разказва: „Ембрионът в ранна фаза на развитие ни дава идеална възможност да разберем как точно се контролира този фундаментален клетъчен процес. Клетките, върху които работим, представляват яйца с размер, видим за окото. Те нямат нужда да растат, за да се делят, което ни помогна да разгледаме важни взаимовръзки, трудно откриваеми в зрелите организми.“

Какво свързва хистон Н3, ензим Chk1 и протеин CDC25 в процеса на клетъчно делене?

Определено количество от протеина хистон H3 се натрупва в ембриона преди оплождането и се изчерпва по време на клетъчното делене. Когато белтъкът бива използван за нуждите на нарастващия брой ядра на клетки, от него се освобождава ензимът Chk1, който от своя страна се свързва с друг белтък - CDC25, чиято задача е да спре размножаването на клетките.

Макар проучването да е от технически характер, механизмът е лесноразбираем и ясен: изчерпването на хистона H3 в развиващата се клетка кара ензим Chk1 да намери и блокира протеина, който стимулира деленето и множенето на клетките - CDC25.

Юки Шиндо, учен от колежа „Dartmouth“, пояснява: „Най-важното, което открихме, е, че необичайно големи количества хистон H3 сe насочват към блокиращия ензим. Вече можем да проверим как функционира този процес и в яйцата от плодова мушица.“

Новото изследване се гради на по-стари такива, които разкриха, че между размера на генома и на клетката съществува биологична константа. Когато бъде постигнат баланс, клетките просто спират да се размножават. Неизвестното в уравнението бе как всъщност те успяват да определят съотношението и дали е настъпил точният момент.

В своя експеримент учените изучават яйца на плодови мушици, тъй като те са по-големи от много други клетки, което позволява проследяване на целия клетъчен цикъл от различна перспектива.

Клетъчното делене и раковите заболявания

Амодео признава, че през всичките тези години парчетата на пъзела са били пред очите им, но не са успявали да ги подредят, за да видят цялата картина. Когато разбират, че хистонът H3 взаимодейства директно както с ДНК, така и с ензима Chk1, много въпроси намират своите отговори. Тя споделя, че още в самото начало са намерили потвърждение на теорията си, което означава, че вървят в правилната посока.

Учените вярват, че техният успех може да хвърли светлина върху неразгадани до момента аспекти от раковите и други заболявания, тъй като същите тези молекули, които регулират процеса на клетъчно делене - хистон H3, блокиращ белтък CDC25 и ензим Chk1, играят роля и в размножаването на раковите клетки.

Шиндо споделя, че първоначалната идея на екипа е да се разгадае мистерията около начина, по който клетките разбират, че трябва да спрат да се делят, а в края на своето проучване са стигнали до важни и неподозирани заключения, свързани с някои сериозни заболявания.

Трудът на експертите получава подкрепата на института „Lewis-Sigler“ към университета „Princeton“, както и финансова помощ от японската асоциация за насърчаване на науката.