Natuurcommunicatie
(2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30781-y
Cellen, de meest elementaire levenseenheden die alle levende organismen vormen, hebben lang hun geheimen bewaard, maar nu heeft een internationaal team van de Universiteit van Sydney, ETH Zürich en de Universiteit van Basel enkele van hun geheimen blootgelegd door de ontwikkeling van een wereld -eerste techniek. Wetenschappers weten dat cellen groeien, maar algemeen werd aangenomen dat ze lineair of exponentieel groeien voordat ze zich delen. Nu, in een paper gepubliceerd in
Natuurcommunicatie
mede geleid door de natuurkundige Dr. David Martinez-Martin van de Universiteit van Sydney, met behulp van een nanotechnologietechniek genaamd “inertiële picobalans”, hebben wetenschappers vastgesteld dat gist op het niveau van een enkele cel groeit in opeenvolgende intervallen of segmenten van lineaire groei (constante groeisnelheid) . Bij elk interval schakelen gistcellen over op snellere of langzamere groei – een “versnellingachtige” neiging.
Het onderzoek werd uitgevoerd met saccharomyces cerevisiae, een eencellig gistorganisme dat essentieel is voor de productie van brood, bier, wijn en farmaceutica. De eiwitcoderende genen van vele soorten gist spiegelgenen in dierlijke cellen, waardoor het gedrag ervan de sleutel is tot het begrijpen van menselijke ziekten.
Met name het gedrag dat in gist wordt aangetroffen, verschilt aanzienlijk van dat van dierlijke cellen (inclusief mensen). Het was pas in 2017 dat Dr. Martinez-Martin en collega’s, ook met behulp van picobalance, voor het eerst opmerkten dat de massa levende zoogdiercellen intrinsiek fluctueert – ze “jojo” in grootte. “We hebben processen blootgelegd die modellen in de biologie uitdagen die al tientallen jaren centraal staan”, zegt Dr. Martinez-Martin. “Het gedrag dat we hebben geïdentificeerd in cellen uit schimmel- en dierenrijken, levert sterk bewijs dat cellen verschillende strategieën hebben om hun massa en grootte te reguleren, wat de weg vrijmaakt om beter te begrijpen hoe ze nauwkeurig complexe structuren kunnen vormen en hervormen, zoals de ogen, hersenen en vingers in ons lichaam.” EEN recent wiskundig model gepubliceerd in
Journal of Biological Research-Thessaloniki
door Dr. Martinez-Martin biedt ook nieuw inzicht in de betekenis van deze eens zo geheime cellulaire stroom.
“Een ander van onze recente onderzoeken heeft aangetoond dat hoewel celmassafluctuaties zijn gedetecteerd in afzonderlijke zoogdiercellen, ze perfect levensvatbaar kunnen zijn in organismen die bestaan uit veel zoogdiercellen, inclusief mensen. Onze modellering suggereert dat de lichaamscellen niet allemaal opzwellen en nemen tegelijkertijd af – in plaats daarvan geven en nemen ze van elkaar, waardoor een adequate verdeling van de massa en het volume van het lichaam behouden blijft.
“Massaschommelingen kunnen door cellen worden gebruikt om cellulaire functies zoals metabolisme, genexpressie, proliferatie en celdood te reguleren door middel van het veranderen van de concentratie en drukte van chemische cellulaire componenten.”
Het model suggereert ook dat massafluctuaties cellen in staat stellen om te communiceren, zowel door te werken als biomechanische signalen door volumefluctuaties, als door de uitwisseling van water en moleculen.
“Ik geloof dat dit een fundamenteel mechanisme zou kunnen zijn dat cellen kan helpen hun positie binnen een organisme te lokaliseren en te communiceren,” zei Dr. Martinez-Martin. “Daarom zou het ongelooflijk belangrijk kunnen zijn, omdat het cellen in staat zou kunnen stellen om hun specifieke rol en doel in het lichaam te identificeren en te dienen.”
“Onderzoekers zijn van mening dat een beter begrip van hoe cellen hun massa en grootte in de loop van de tijd veranderen, evenals ontregeling van dit proces (wanneer cellen atypisch van grootte veranderen), de sleutel zou kunnen zijn tot de ontwikkeling van de volgende generatie diagnostiek en behandelingen voor een reeks van ziekten, zoals kanker, diabetes en hart- en vaatziekten.”
Over inertiële picobalans: de techniek die bij de ontdekking werd gebruikt Dr. Martinez-Martin, die onlangs door de World Intellectual Property Organization is onderscheiden als een jonge maker van veranderingen, is de belangrijkste uitvinder van inertiële picobalance, een nieuwe technologie die de massa van enkele of meerdere levende cellen in realtime meet, waardoor de het begrijpen van celfysiologie. De technologie wordt momenteel gecommercialiseerd door het Zwitserse nanotech-bedrijf Nanosurf AG. In a Natuur
papier
Met deze techniek konden ze ook cellen observeren die waren geïnfecteerd met het vacciniavirus (een virus uit de pokkenvirusfamilie). De geïnfecteerde cellen vertoonden in de loop van de tijd ander massagedrag dan niet-geïnfecteerde cellen, wat mogelijk een nieuwe manier mogelijk maakte om virale infecties op te sporen. Meer informatie: Andreas P. Cuny et al, Massametingen met hoge resolutie van enkele ontluikende gist onthullen lineaire groeisegmenten, Natuurcommunicatie
DOI: 10.1038/s41467-022-30781-y
Journaal informatie:
Natuurcommunicatie
,
NatuurGeleverd door de Universiteit van Sydney