Переворот в биологии? Ученые пересматривают представление о правилах деления клеток

Помните уроки биологии в школе? Наверняка вам рассказывали про деление клеток — митоз. Картинка обычно простая: одна клетка-мама красиво округляется, становится похожа на идеальный шарик, а потом — раз! — и делится на две точные копии, две дочки-близняшки. Звучит логично и аккуратно, правда? Что ж, держитесь крепче: ученые из Манчестерского университета выяснили, что в реальной жизни всё гораздо интереснее и… не так симметрично. Их открытие, опубликованное в престижном журнале Science, ставит под сомнение догму, которой уже больше века.

Идеальный шар? Оказывается, не всегда!

Представление о том, что клетка перед делением обязательно становится сферической, казалось незыблемым. Почему? Ну, сфера — это самая симметричная форма. Логично предположить, что для создания двух одинаковых дочерних клеток исходная должна быть максимально «усредненной», без углов и выступов. И во многих случаях так и происходит.

Но британские исследователи показали: это правило работает далеко не всегда. Они наблюдали за клетками в живых организмах и увидели, что многие из них не округляются перед делением. И это не просто какая-то случайность, а важный механизм! Отсутствие округления позволяет клетке разделиться асимметрично. То есть, две дочерние клетки получаются разными — и по размеру, и, что самое главное, по своей будущей «профессии» в организме.

Зачем клеткам такое «неравенство»?

Асимметричное деление — это не ошибка природы, а ключевой инструмент для создания сложного многоклеточного организма. Подумайте сами: наше тело состоит из множества разных тканей и органов — кожа, мышцы, нервы, кости… Все они состоят из специализированных клеток. Откуда берется это разнообразие? Во многом благодаря асимметричному делению! Одна материнская клетка может дать начало двум разным потомкам, которые пойдут по разным путям развития.

Раньше считалось, что асимметричное деление — это прерогатива в основном стволовых клеток, таких «мастеров на все руки» нашего организма. Новое исследование показывает, что этот механизм гораздо более распространен.

Форма решает всё?

Самое интригующее в работе манчестерских ученых — это вывод о том, что именно определяет, будет деление симметричным или нет. Оказывается, всё дело… в исходной форме материнской клетки!

Представьте себе:

• Если клетка изначально довольно короткая и широкая, эдакий «крепыш», то перед делением она, скорее всего, округлится и породит двух одинаковых потомков.
• А вот если клетка вытянутая и тонкая, «стройная», то она может и не округляться вовсе. В таком случае её деление будет асимметричным, и дочерние клетки будут отличаться друг от друга.

Получается, форма клетки до начала деления — это своего рода инструкция, определяющая судьбу ее потомства. Звучит почти как научная фантастика, но это реальные наблюдения!

Как ученые это выяснили? Подглядывая за жизнью

Чтобы увидеть этот процесс своими глазами, исследователи применили несколько хитроумных методов.

Во-первых, они наблюдали за развитием кровеносных сосудов у крошечных, однодневных эмбрионов рыбок данио-рерио. Эти рыбки на ранних стадиях прозрачны, что позволяет ученым буквально снимать кино о том, как растут ткани внутри живого существа. Они заметили, что клетки, которые находятся на «острие» растущего сосуда (эдакие «клетки-разведчики», прокладывающие путь), делятся совсем не по учебнику. Они не округляются! И делятся асимметрично: одна дочерняя клетка остается «разведчиком» на передовой, а вторая становится обычной клеткой «тыла», следующей за ней. Это позволяет сосуду эффективно расти в нужном направлении. Как метко заметила доктор Холли Лавгроув, одна из авторов исследования, наблюдение за живыми эмбрионами позволяет открывать «захватывающие новые аспекты роста тканей».

Клетки по лекалу: эксперименты с формой

Во-вторых, ученые пошли дальше и решили проверить свою гипотезу на человеческих клетках в лаборатории. Они использовали технологию под названием «микропаттернинг». Звучит сложно, но суть проста: представьте, что вы можете создать на поверхности микроскопические «трафареты» из белка, к которым клетки будут «прилипать». Клетки, попадая на такой трафарет, принимают его форму.

С помощью специальной системы PRIMO, использующей УФ-лазер, исследователи создавали участки разной формы — круглые, вытянутые — с невероятной точностью, сравнимой с десятой долей толщины человеческого волоса! Затем они «высаживали» на эти участки человеческие клетки и заставляли их принимать заданную форму. А потом наблюдали, как эти клетки будут делиться. Результат подтвердил гипотезу: форма клетки действительно влияет на то, как она разделится — симметрично или асимметрично.

Наука не стоит на месте

Доктор Шейн Герберт, соавтор работы, подчеркивает: митоз — это основы основ, то, что учат с младых ногтей. Но даже такие фундаментальные концепции могут уточняться и дополняться. Это исследование — яркий пример того, как внимательный взгляд и современные технологии позволяют увидеть привычные процессы под новым углом.

Так что, возможно, скоро в школьных учебниках рядом с картинкой идеально круглой делящейся клетки появится и другая — вытянутая, делящаяся асимметрично. И это будет напоминанием о том, что живая природа гораздо сложнее, изящнее и интереснее любых упрощенных схем. Мир клеток продолжает удивлять!