Как клетки контролируют размер ядра: открытие на пути к пониманию рака и старения

Более века назад учёные впервые обнаружили, что клетки и их ядра растут в постоянном соотношении друг к другу. Теперь исследователи приблизились к пониманию механизма этого явления.

В процессе клеточного цикла, включающего рост и деление, дочерние клетки увеличиваются перед следующим делением, а ядро одновременно делится и растёт синхронно с клеткой. Механизм, обеспечивающий это пропорциональное увеличение (чем больше клетка, тем больше ядро), оставался одной из нерешённых загадок клеточной биологии.

Доцент Кадзунори Куме из Хиросимского университета в ходе исследования дрожжевых клеток обнаружил, что накопление генетического материала (mRNA) и белков внутри ядра заставляет его увеличиваться в размерах. Он также предполагает, что этот рост обеспечивается за счёт контроля за транспортом mRNA и белков из ядра в окружающую жидкую цитоплазму, а также за счёт количества ядерной мембраны, поставляемой посредством синтеза липидов.

Поскольку уже известно, что постоянное соотношение размеров клетки и ядра нарушается с возрастом или при раке, надеются, что эти новые данные могут способствовать пониманию дегенеративных процессов в организме и их предотвращению.

Дрожжи, одноклеточный организм, имеют много общих характеристик и размер, схожий с клетками человека и других эукариот. Для этого открытия доцент Куме из Исследовательского центра здорового старения Хиросимского университета провёл масштабный поиск в геноме делящихся дрожжей в надежде найти неуловимые гены, определяющие размер ядра.

Из 5000 генов, обнаруженных в делящихся дрожжах, 2000 необходимы для роста клетки. Поэтому он изучил оставшиеся 3000, надеясь, что некоторые из них могут быть вовлечены в контроль размера ядра. Каждый из этих 3000 генов был удалён по отдельности, и получившаяся мутировавшая дрожжевая клетка наблюдалась под микроскопом.

Измеряя размеры каждой из получившихся клеток и их ядер, он смог рассчитать соотношение клетка-ядро. Этот кропотливый процесс окупился: было обнаружено 14 генов, удаление которых привело к увеличению соотношения клетка-ядро по сравнению с обычным значением 0.08, что указывало на их ответственность за поддержание этой пропорции.

Дальнейшее исследование этих ядер показало, что обычные механизмы, необходимые для транспорта mRNA из ядра (где она производится) в цитоплазму клетки (где она требуется для производства белков), были дефектными — mRNA не могла выйти наружу.

Молекулы mRNA содержат генетическую информацию для производства белков. Анализ увеличенных мутировавших ядер подтвердил, что они содержали не только более высокую концентрацию mRNA, но и белки, произведённые на основе этой mRNA, что вызывало их набухание.

Также было обнаружено, что это увеличение ядра зависит от производства липидов, необходимых для расширения ядерной мембраны. Интересно, что исследователи обнаружили, что даже нарушение только производства липидов приводило к сбою в росте ядерной мембраны и увеличению размера ядра.

Хотя это исследование проливает свет на поддержание соотношения клетка-ядро, доцент Куме признаёт, что до полного понимания происходящего ещё далеко: «Теперь нужно ответить на множество вопросов — что запускает эти изменения мембраны? Увеличение ядра вызывает рак или является его следствием? Что вызывает мутацию этих конкретных генов? Это исследование — лишь первый шаг в неизвестность. Теперь у меня есть зацепки, за которыми нужно следовать, и новые загадки для решения».