Случайный процесс может определять специализацию клеток в органах

Исследование, опубликованное в журнале eLife, впервые выявило случайный механизм, который определяет судьбу клеток по размеру в чашелистиках растений Arabidopsis. Этот механизм обеспечивает правильное соотношение мелких и гигантских клеток, необходимое для функционирования органа.

Ключевое открытие

• Процесс: Случайные колебания уровня белка ATML1 в клетках эпидермиса (наружного слоя) чашелистика.
• Порог: Если концентрация ATML1 превышает определенный порог во второй фазе роста клетки, она вступает в эндоредупликацию (репликация ДНК без деления) и становится гигантской.
• Исход: В противном случае клетка делится и остается мелкой.
• Соотношение: Для правильной формы и функции чашелистика необходимо соотношение примерно 110 мелких клеток на 1 гигантскую.

Детали механизма

• Размеры клеток: Гигантские клетки могут достигать 360 микрон, мелкие — всего 10 микрон.
• Роль ATML1: Белок экспрессируется во всех клетках эпидермиса, но его уровень случайно флуктуирует в каждой клетке.
• Подтверждение: Исследователи использовали флуоресцентную метку для визуализации ATML1, платформу для обработки изображений отдельных клеток и компьютерное моделирование, чтобы подтвердить, что случайные колебания белка воспроизводят наблюдаемую картину.

Значение и перспективы

По словам старшего автора работы Адриенн Родер, это открытие даёт новое представление о том, как клетка принимает решение о своей специализации. Такой случайный механизм паттернирования может работать и в других системах — как у растений, так и у животных — для создания специализированных типов клеток в сложных узорах. Ранее его не удавалось обнаружить из-за недостатка возможностей визуализации и количественного анализа.