Гравитация играет роль в поддержании малых размеров клеток

Исследователи из Принстонского университета обнаружили, что гравитация накладывает ограничение на размер клеток. Это даёт новое объяснение, почему большинство животных клеток малы и имеют сходные размеры.

«Гравитация становится действительно важной на меньшем масштабе, чем можно было бы предположить», — сказал Клиффорд Брангвинн, доцент химической и биологической инженерии.

Изучая крупные частицы в ядрах яйцеклеток шпорцевой лягушки (Xenopus laevis), Брангвинн и аспирантка Марина Ферик наблюдали, как частицы опускаются на дно ядер при нарушении внутреннего каркаса клетки.

Учёные пришли к выводу: когда клетка достигает определённого размера, её внутренние компоненты становятся подвержены гравитационным силам и требуют каркаса для стабилизации.

Предел размера

Типичная животная клетка имеет диаметр около 10 микрометров (тысячных долей миллиметра). Крупные клетки, такие как яйцеклетки шпорцевой лягушки, достигают 1 мм в диаметре, но встречаются редко.

Команда обнаружила, что в крупных ядрах сеть из волокон белка актина образует поддерживающий матрикс. Когда исследователи удалили полимеры актина (с помощью препаратов или выкачивания белка из ядра), крупные частицы «тонули, как камешки, на дно ядра».

Эксперименты с флуоресцентной меткой показали, что размер ячеек актиновой сети совпадает с предсказанным в опытах с инъекцией тефлоновых шариков разного размера.

Учёные предполагают, что гравитация становится значимой при определённой плотности частиц и размере клетки около 10 микрометров — что соответствует пределу для большинства животных клеток. Актиновый каркас в крупных ядрах противодействует гравитации, удерживая частицы на месте.

Частицы в большой клетке подобны скоплению пылинок: их совокупная масса больше, и им нужна поддержка, чтобы оставаться во взвешенном состоянии.

Новые вопросы и значение открытия

Исследование выявляет новую функцию актина в ядре. «Результаты предполагают, что крупная клетка становится хрупкой и нуждается во внутреннем каркасе для поддержки и разделения многочисленных частиц», — отметил молекулярный биолог Дайч Маллинс.

Планируется повторить эксперименты на клетках разного размера и изучить свойства актиновой сети в ядре, чтобы понять пределы её прочности.

Открытие было неожиданным. «У нас абсолютно не было намерения изучать гравитацию», — сказал Брангвинн. Ранее в учебном курсе студенты выполняли расчёты, показывающие, что гравитация — пренебрежимо малая сила для клеток. Теперь это упражнение придётся изменить.