Atminties išsilaikymas | gamta

Atminties išsilaikymas | gamta

Anonim

Dalykai

  • Ląstelių biologija

Vaizdo gavimas tiesiogiai rodo, kad dukters ląstelių proliferacijai turi įtakos du molekuliniai faktoriai, paveldimi iš motinos, ir tai leidžia suprasti, kaip naujai gimusios ląstelės elgesį gali nulemti. Žr. Laišką 404

Pagrindinis ląstelių teorijos principas yra tas, kad visos ląstelės atsiranda iš jau egzistuojančių. Kiekviena ląstelė, išskyrus spermą ir kiaušinius, paveldi iš esmės identišką motinos genomo kopiją, kurią pasidalijusi ji perduoda dviem dukroms. Bet jis taip pat gali paveldėti daugybę kitų „prisiminimų“ iš savo motinos ląstelės - baltymų, RNR ir kitų biocheminių savybių pavidalu. Šių molekulinių prisiminimų atpažinimas ir supratimas, kaip jie daro įtaką ląstelių elgesiui, buvo seniai mįslė. 404 puslapyje Yang ir kt . 1 išspręstas klausimas, kaip molekuliniai prisiminimai, įgyti iš ankstesnės kartos ląstelių, įtakoja, ar dukterinės ląstelės dauginasi, ar pereina į grįžtamą ramybės būseną, vadinamą ramybės būsena.

Platinimas skatina organizmo vystymąsi ir jo audinių priežiūrą. Reaguodamos į augimo signalus, proliferuojančios ląstelės eina per pradinę augimo fazę (žinomą kaip G1), po kurios jos pradeda DNR sintezę (S fazė). Po antrosios augimo fazės (G2) motininė ląstelė padalija savo turinį į dvi dukterines ląsteles per procesą, vadinamą mitozė. Tačiau ne visos ląstelės greitai pereina šias fazes. Vietoj to, kai kurie laikinai pasitraukia iš ląstelių ciklo prieš S fazę ir patenka į 2 ramybės būseną.

Kaip ląstelė „nusprendžia“ tarp dauginimosi ir ramybės? Aštuntojo dešimtmečio tyrimas pasiūlė, kad šis sprendimas būtų priimtas G1 metu, prieš ląstelę pradėjus DNR sintezę 3 . Pagal šį modelį kiekviena ląstelė yra švarus skalūnas, galintis priimti savarankišką sprendimą pagal signalines molekules, kurioms ji yra veikiama. Tačiau ši idėja buvo nuginčyta 2013 m., Atradus, kad kai kurios ląstelės gimsta linkusios greitai patekti į S fazę 4 . Dėl šių ląstelių sprendimą lemia motinos patirtis jos G2 metu. Tiksliai tai, kaip ši atmintis perduodama iš motinos dukrai, liko neįprasta.

Yang ir kt . paveiktas motinos ląsteles skirtingomis augimo signalų kombinacijomis ir DNR pažeidimais. Tada jie atsiėmė signalus ir panaudojo tiesioginį vaizdą, kad galėtų nustatyti dukterų proliferacijos ir ramybės būseną. Jie nustatė, kad naujai gimusios ląstelės „prisiminė“ savo motinų signalinę istoriją. Tiksliau, motinų ląstelėse, veikiamose augimo signalų, buvo didelis baltymo ciklino D1 kiekis, kuris skatina progresą nuo G1 iki S fazės 5 . Priešingai, motinų ląstelėse, kurioms buvo padaryta DNR žala, buvo didelis p21 baltymo, galingo G1 progresavimo inhibitoriaus, kiekis. Tiesą sakant, pusiausvyra tarp šių dviejų veiksnių labai lėmė, ar ląstelėje bus dauginimasis, ar ji nejučia. Molekuliniame lygmenyje ciklinai D1 ir p21 konkuruoja kontroliuodami retinoblastomos baltymo fosforilinimą, kuris veikia kaip jungiklis, nustatantis, ar ląstelės patenka į S fazę.

Tačiau p21 ir ciklino D1 gyvenimo trukmė yra trumpa, todėl mažai tikėtina, kad šių veiksnių paveldėjimas yra ląstelės atminties pagrindas. Taigi autoriai tvirtino, kad ląstelėms reikia patvaresnės atminties formos, kuri tęsis nuo ankstesnio G2, per mitozę ir gerai į dukterinės ląstelės G1. RNN molekulė, koduojanti cikliną D1, yra daug ilgesnė nei jos baltymų produktas. Panašiai į stresą reaguojantis baltymas p53, kuris yra p21 aktyvatorius, stabilizuojasi, kai jį suaktyvina DNR pažeidimas. Tyrėjai nustatė, kad šia suaktyvinta forma ji gali išsilaikyti maždaug dešimt kartų ilgiau, nei būdama inaktyvuota.

Tiesiogiai vizualizuoti aktyvuotą p53 ir ciklino D mRNR, kai jie perduodami iš motinos dukrai, yra techniškai sudėtinga. Siekdami išspręsti šią problemą, Yang ir kolegos pademonstravo, kad abu ilgaamžiai veiksniai susidaro motinos ląstelėje ir yra pastebimi netrukus po dukters gimimo. Be to, šių veiksnių lygio pokyčiai motinai turėjo įtakos dukters ir ląstelės likimui. Taigi ciklino D1 mRNR ir p53 baltymai rodo priešingus molekulinius prisiminimus, kurie keičia dukterinių ląstelių proliferacijos ir ramybės sprendimą (1 pav.). Mūsų žiniomis, tai yra pirmasis molekulinių veiksnių, tiesiogiai konkuruojančių dėl įtakos dukters ląstelių likimui, nustatymas.

Image

Ląstelės dalijasi per augimo fazę, vadinamą G2, ir po to vyksta mitozinis ląstelių dalijimasis. Dukros arba patiria kitą augimo fazę G1, prieš pradėdamos daugintis, arba tampa miegančios. Į motinos ląstelę įtraukus augimo faktorius, kaupiasi ciklino D1 pasiuntinio RNR, tuo tarpu DNR pažeidimas suaktyvina baltymą p53; raudonos rodyklės dydis rodo DNR pažeidimo ir pridėtų augimo faktorių, kuriems veikė motinos ląstelės, dydį. Yang ir kt . 1 pranešama, kad ciklino D1 mRNR ir p53 išlieka per mitozę dukroms, kur ciklino D1 mRNR virsta baltymais, o p53 skatina p21 baltymo gamybą. Autoriai rodo, kad ciklino D1 ir p21 santykis yra tikslus prognozuojantis, ar dukra daugės, ar pradės ramybėje.

Visas dydis

Netikėtas antrinis šio tyrimo rezultatas yra tas, kad tik dviejų molekulių lygiai gali išskirti vienos ląstelės elgseną išskirtiniu tikslumu. Platinimo ir ramybės sprendimas parodo ultragarsinį atsaką į ciklino D1 ir p21 santykio pokyčius - nedideli šio santykio pokyčiai gali dramatiškai pakeisti dukterinių ląstelių likimo sprendimus. Šis atradimas gali parodyti, kad ciklinai D1 ir p21 žymi sudėtingo molekulinio piltuvo, kuris suspaudžia daugybinius proliferaciją skatinančius ir slopinančius signalus, kuriuos perduoda aukštupio faktoriai, pabaigą į vieną išvestį. Tai taip pat atveria galimybę, kad kitus dvejetainius ląstelių likimo sprendimus (pavyzdžiui, kamieninių ląstelių apsisprendimą atsinaujinti ar diferencijuoti) lemia palyginti nedidelis paveldėtų, konkurencingų atminties signalų rinkinys.

Kitas įdomus Yango ir kolegų darbo aspektas yra tas, kad, pažeidus DNR, motina dukrai perduoda tik žalos atmintį, o ne pačią žalą. Šis radinys prieštarauja naujausiems pranešimams, rodantiems, kad motinos ląstelių replikacijos stresas sukelia DNR pažeidimą, kuris išlieka per mitozę, o dukterinės ląstelės ramina 7, 8 . Galimas šio neatitikimo paaiškinimas yra tai, kad Yang ir kt . sukėlė didelę DNR pažaidą, užuot dariusi dėmesį į mažiau gausias pertraukas, kurios įvyksta natūraliai. Didesni DNR pažeidimai gali efektyviau sukelti atsaką 9, kuris laikinai sustabdo ląstelių ciklą ties G2, priversdamas ląsteles sustoti ir atitaisyti pažeidimą prieš įeinant į mitozę. Bet kuriuo atveju DNR pažeidimų istorija yra svarbus faktorius, lemiantis ląstelės proliferaciją - ramybę. Tiek DNR pažeidimas, tiek tokios žalos atmintis, sukeldami ramybę, sumažina galimai vėžį sukeliančių mutacijų kaupimąsi augančiuose audiniuose.

Konkuruojančių molekulinių prisiminimų sąvoka yra patraukli, tačiau kyla klausimų dėl atskirų ląstelių elgesio. Pavyzdžiui, kodėl kai kurios dukterinių ląstelių poros priima skirtingus sprendimus viena nuo kitos? Viena iš galimybių yra tai, kad p53 ir ciklino D1 mRNR nėra dalijamos vienodai tarp dukterinių ląstelių dalijimosi metu. Šią hipotezę buvo galima patikrinti palyginus santykinį šių veiksnių lygį tarp seserinių ląstelių iškart po padalijimo. Kitas klausimas yra tai, kaip molekulinės atmintys bendradarbiauja su išoriniais signalais - pavyzdžiui, papildoma DNR pažala G1 metu, signalai iš kaimyninių ląstelių ir mechaninės jėgos 10 . Šie išoriniai veiksniai tikriausiai turi reikšmės in vivo , kai nevienalytis sudėtingas audinys gali sustiprinti arba panaikinti atskirų ląstelių prisiminimus.

Susijusios nuorodos

Susijusios gamtos tyrimų nuorodos

  • Sistemų biologija: Nepaklusnios dukros ir suderinti pusbroliai
  • Sistemų biologija: ląstelių šeimos molekuliniai atsiminimai

Komentarai

Pateikdami komentarą jūs sutinkate laikytis mūsų taisyklių ir bendruomenės gairių. Jei pastebite ką nors įžeidžiančio ar neatitinkančio mūsų taisyklių ar gairių, pažymėkite, kad tai netinkama.