_ Studiul dezvăluie mecanismele din spatele creșterii celulele își mențin mojo prin extinderea biosintezei

Asemenea modului în care companiile în expansiune își măresc forțele de muncă, celulele trebuie să își intensifice producția de biomolecule interne atunci când cresc în dimensiune pentru a rămâne sănătoase. În anii 1970, biologii au arătat că această biosinteză extinsă depinde de rate mai rapide de transcripție - procesul prin care modelele genetice din ADN sunt copiate în moleculele de ARN. Cu toate acestea, în jumătate de secol de atunci, mecanismul din spatele ratelor de transcriere accelerate a rămas neclar.

Acum, cercetătorii de la Stanford raportează într-un nou studiu publicat în Cell că au rezolvat cazul. Cercetătorii au descoperit că celulele în creștere pot produce ARN-ul de care au nevoie datorită creșterii disponibilității unei enzime critice, numită ARN polimerază II (RNAPII), care crește odată cu dimensiunea celulei. Enzima se leagă de ADN pentru a produce ARN mesager (ARNm) — o moleculă esențială care furnizează instrucțiuni fabricilor de producere a proteinelor unei celule.

În acest fel, celulele de dimensiuni diferite își pot menține proporțional biomoleculele aproape de concentrații constante și continuă să funcționeze eficient pe măsură ce cresc. Pe lângă faptul că aruncă o lumină nouă asupra biologiei celulare fundamentale, descoperirile sunt semnificative, deoarece defecțiunile în scalarea biosintetică joacă probabil un rol major în deteriorarea celulelor, ducând la boli și îmbătrânire.

„În acest studiu, am răspuns. întrebarea de lungă durată: cum crește transcripția odată cu dimensiunea celulei?" a spus Matthew Swaffer, autorul principal al studiului. „Pe măsură ce celulele cresc și devin mai mari, ele trebuie să mărească sinteza a tot ce se află în ele, iar acum avem o înțelegere mult mai bună a proceselor și mecanismelor implicate.”

Swaffer a condus lucrările în calitate de cercetător postdoctoral. în laboratorul lui Jan Skotheim, profesor de biologie la Școala de Științe Umaniste și Științe din Stanford. Swaffer este acum lider de grup la Centrul Wellcome pentru Biologie Celulară de la Universitatea din Edinburgh.

În studiul lor, cercetătorii de la Stanford au descoperit, de asemenea, un mecanism suplimentar care se activează atunci când celulele devin prea mari și pur și simplu nu există. nu sunt suficiente RAPII pentru a merge în jur. Cumva, stabilitatea moleculelor de ARNm crește, permițând unei celule să-și mențină, cel puțin temporar, biologia generală în echilibru și, astfel, să-și prelungească viața.

„Transcripția este aproape proporțională cu dimensiunea celulei din cauza numărului în creștere. de molecule RNAPII din celulele mai mari conduc la o creștere a transcripției, dar acest lucru nu este suficient pentru cele mai mari celule”, a spus Skotheim, autorul principal al studiului. „Am identificat un nou mecanism de feedback care stabilizează ARNm atunci când concentrația sa începe să scadă. Lucrând împreună, aceste două mecanisme sunt capabile să mențină concentrația ARNm pe o gamă largă de dimensiuni de celule.”

Pentru a ajunge la acestea. Swaffer a analizat mai întâi lista de biomolecule cunoscute a fi esențiale pentru transcriere. Swaffer a conceput apoi un experiment în care celulele de drojdie au putut folosi doar jumătate din cantitatea obișnuită din fiecare dintre biomoleculele critice în cauză pentru a determina transcripția. Swaffer și colegii au măsurat apoi orice efecte în transcripție legate de aceste concentrații biochimice modificate.

Interesant, transcripția nu a fost afectată deloc cu nicio biomoleculă testată de Swaffer, cu excepția RNAPII. „O mare surpriză în acest studiu a fost că am putea elimina jumătate din cantitatea tipică a acestor factori transcripționali și, practic, nu avem nicio modificare a transcripției”, a spus Skotheim. „Singurul lucru care a determinat scăderea transcripției a fost eliminarea jumătate din cantitatea de RNAPII”.

Pe baza acestei constatări simple, cercetătorii de la Stanford au construit un model de echilibru dinamic pentru modul în care dimensiunea celulei și ratele de transcripție alimentate de RNAPII rămân sincronizate. Când transcripția singură nu mai poate scala în mod adecvat în celule, mecanismul suplimentar de persistență îmbunătățită a ARNm se activează. Swaffer investighează în prezent biologia din spatele acestei stabilități nou descoperite a ARNm atunci când transcripția singură nu mai poate scala în mod adecvat în celule.

În general, descoperirile oferă o nouă fereastră în creșterea, maturarea și eventual declinul celulelor. .

În acest sens, un număr tot mai mare de studii au început să stabilească legături între scăderea scalarii biosintezei și funcția celulară. De exemplu, în celulele foarte mari, unde această scalare eșuează, ratele de creștere scad brusc, comunicarea celulă la celulă se întrerupe și activarea genelor nu funcționează.

Celulele în această stare se confruntă cu ceea ce este cunoscut sub numele de celulare. senescența. Astfel de celule nu se mai pot înmulți, așa cum se întâmplă în mod normal celulele, dar nici ele nu mor. În schimb, celulele senescente contribuie la disfuncția țesuturilor și a organelor, la inflamație și la alte probleme de sănătate.

În plus, privind dimensiunea celulelor invers, printre cele mai mici celule din organism se numără celulele stem - celulele din care toate celelalte tipuri de celule apar. Cu toate acestea, pe măsură ce organismele îmbătrânesc, celulele stem se măresc în dimensiune și își pierd o parte din capacitatea de a face celule noi.

„Pe măsură ce celulele devin din ce în ce mai mari și mecanismele de scalare a transcripției și de stabilitate a ARNm pe care le descriem în acest studiu. devin insuficiente, apoi observi că concentrațiile de ARNm scad și celulele încep să nu funcționeze la fel de bine”, a spus Skotheim. „Ipoteza pe care o avem acum este că această defalcare a homeostaziei ARNm este unul dintre primii pași către senescența celulară și intenționăm să testăm această ipoteză în lucrările viitoare.”

(Fluierul)