Как делящиеся клетки оказываются одного размера

Новое исследование, опубликованное 3 июня в Nature, показывает, что начальный размер клетки определяет, насколько она вырастет перед делением. Это открытие противоречит недавним публикациям, предполагающим, что клетки всегда добавляют примерно одинаковое количество массы перед началом деления.

Ключевое открытие

Учёные из Университета Дьюка обнаружили, что существует простая линейная зависимость: чем меньше клетка в начале цикла, тем больше биомассы она добавит, прежде чем начать делиться. Это похоже на то, как студенты, пришедшие в колледж менее подготовленными, учатся дольше, чтобы наверстать материал.

Как это обнаружили?

Исследование началось с необъяснимых осцилляций (колебаний) в экспрессии флуоресцентных меток генов примерно у 30% клеток E. coli. Для наблюдения использовали «машину-мать» — устройство, позволяющее отслеживать сотни отдельных клеток на протяжении десятков поколений.

Анализ на уровне единичных клеток был критически важен, так как осцилляции происходили на протяжении многих клеточных циклов с разной периодичностью. Учёные обнаружили, что вместе с генетическими колебаниями начальный размер клетки также осциллировал в течение нескольких поколений.

Подтверждение моделью

Исследователи проверили свои данные с помощью компьютерного моделирования. Используя обнаруженную линейную зависимость и добавляя случайные флуктуации, они смогли воссоздать осцилляции размера у 30–40% виртуальных клеточных линий, что точно соответствовало экспериментальным данным.

Научный контекст

Это открытие противоречит популярной «аддитивной модели» (incremental model), согласно которой клетки при делении добавляют в среднем постоянную массу. Хотя механизм, с помощью которого клетки «измеряют» свой начальный размер, пока неизвестен, полученные данные ставят под сомнение преобладающую теорию поддержания единообразия размеров клеток.