Более века ученые смотрели в микроскопы, внимательно наблюдая за делением клеток. Однако до сих пор никто не видел, как человеческим клеткам удается делиться на две дочерние клетки одинакового размера во время митоза.
«Это настолько очевидно, когда вы смотрите на это, но никто никогда этого не замечал», — говорит член Института Уайтхеда Иэн Чизман, имея в виду работу постдокторанта Томоми Киёмицу. «При внимательном визуальном осмотре делящихся клеток вы видите, как это наблюдение кричит вам, но никто никогда не заметил, что оно там было».Ранее в этом году Киёмицу, работающий в лаборатории Чизмана, заметил, что на стадии метафазного клеточного цикла делящаяся клетка использует моторный белок динеин и два сигнала для точного выравнивания структуры митотического веретена клетки в середине клетки. Митотическое веретено состоит из нитевидных белков, называемых микротрубочками, которые простираются от одного из двух полюсов веретена с обеих сторон клетки до дублированных хромосом в центре клетки. Другие микротрубочки, соединяющие полюса веретена с корой — белковый слой, выстилающий внешнюю мембрану клетки, — действуют так, чтобы тянуть полюса веретена назад и вперед внутри клетки, пока веретено и хромосомы не выровняются по центральной оси клетки.
Последняя работа Киёмицу сосредоточена на следующем этапе митоза, называемом анафазой, когда микротрубочки разрывают парные хромосомы, так что одна копия каждой хромосомы оказывается в каждой из новых дочерних клеток. Его выводы опубликованы в выпуске журнала Cell на этой неделе.
Когда клетки вступают в заключительную стадию клеточного деления, точка, в которой клеточная мембрана сжимается, зависит от положения митотического веретена. Если позиция находится в середине ячейки, ячейки делятся симметрично.
Все линии клеток человека, растущие в чашках для культивирования тканей, и около 95% клеток человека делятся равномерно, в результате чего образуются дочерние клетки одинакового размера. Если веретено смещено от центра, дочерние клетки будут иметь другой размер. Хотя между стволовыми клетками происходит неравное деление — позволяя одной дочерней клетке оставаться стволовой клеткой, в то время как другая созревает в клетку другого типа, такую как кожная или мышечная клетка, цель нормального симметричного деления клеток состоит в создании идентичных дочерних клеток. и увеличить количество ячеек.
Асимметричное деление клеток в не стволовых клетках может вместо этого привести к образованию двух дочерних клеток с очень разными судьбами, таких как одна большая клетка, которая преждевременно повторяет деление клеток, и гораздо меньшая клетка, которая либо очень медленно растет, либо умирает.Примерно в 43% делящихся клеток человека, наблюдаемых Киёмицу, середина митотического веретена была правильно центрирована в начале анафазы. Примерно в 31% клеток белок моторный динеин тянул смещенное от центра веретено к середине клетки во время анафазы, корректируя его положение.
Важно отметить, что эта способность динеина управлять этими движениями требовала нового механизма нацеливания на плазматическую мембрану в дополнение к тем, которые Киёмицу и другие ранее наблюдали во время метафазы.Несмотря на эту тяжелую работу динеина, примерно в одной четверти наблюдаемых клеток веретено было смещено, даже после того, как парные хромосомы были вытянуты на противоположные стороны клетки в поздней анафазе.
К удивлению, когда Киёмицу наблюдал, как эти клетки делятся дальше, он заметил, что они смогли исправить эту проблему, отрегулировав свои клеточные мембраны относительно веретена, вместо того, чтобы сдвигать свои веретена внутри клетки.Митотические клетки, растущие в чашке, обычно пухлые и круглые.
Однако по мере завершения процесса деления они уплощаются, и клеточные мембраны равномерно расширяются с обеих сторон, чтобы приспособиться к удлинению веретена. Но в случае смещенных клеток Киёмицу заметил, что клеточная мембрана выходит только на сторону, ближайшую к веретену, тем самым центрируя веретено.По словам Чизмена, это явление имеет место практически в каждой пластине делящихся клеток человека, но никто другой не заметил, что в четверти этих клеток клеточная мембрана растет только в одну сторону, чтобы исправить потенциально катастрофическую ситуацию. Вместе двигатель динеина и контролируемое расширение клетки позволяют клетке точно центрировать свое веретено для равномерного деления каждый раз.
В будущем Киёмицу заинтересован в том, чтобы сосредоточиться на тех немногих клетках, которые не делятся симметрично.«Я хотел бы увидеть, чем отличается асимметричное деление клеток», — говорит он. «В этом процессе участвует около 200 различных типов клеток у людей и других млекопитающих, но их анализ будет затруднен, потому что их нужно будет изучить в ткани».
Эта работа поддержана лейкемией. Общество лимфомы, Научный фонд Human Frontiers, NIH / Национальный институт общих медицинских наук (GM088313), Американское онкологическое общество (121776) и Научная программа Human Frontiers.
Написано* * *Иэн Чизман связан с Институтом биомедицинских исследований Уайтхеда, где находится его лаборатория и проводятся все его исследования. Он также является доцентом биологии Массачусетского технологического института.
* * *Полная ссылка:«Кортикальный динеин и асимметричное удлинение мембраны координируют положение веретена в анафазе»Cell, 18 июля 2013 г.
Томоми Киёмицу (1,2) и Иэн М. Чизман (1,2).1. Институт биомедицинских исследований Уайтхеда, Девять Кембриджских центров, Кембридж, Массачусетс 02142, США 2. Департамент биологии, Массачусетский технологический институт, Кембридж, Массачусетс 02142, США
