機械的手がかりは細胞死決定の原点

油圧の不安定性が、誰が死ぬか、誰が生きるかを決める

ヒトを含む多くの種において、生殖を司る細胞である生殖細胞は、多くの場合、高度に相互接続されており、細胞質を共有しています。 雌雄同体で ケノフォビア 線虫、最大 500 個の生殖細胞が、卵子と精子を生成する組織である生殖腺で互いに結びついています。 これらの細胞は、中央の細胞質の「通路」の周りに配置され、細胞の成長を促進する細胞質の物質を交換し、最終的に受精の準備ができた卵を作ります。

以前の研究では、研究者は次のことを発見しました。 C.エレガンス 生殖腺は必要以上に多くの生殖細胞を生成し、それらの半分だけが卵に成長し、残りは収縮し、多細胞生物で発生するプログラムされた細胞死である生理学的アポトーシスによって死滅します。 現在、TU ドレスデン バイオテクノロジー センター (BIOTEC)、マックス プランク分子細胞遺伝学研究所 (MPI-CBG)、TU ドレスデンの生命物理学​​ (PoL) グループ オブ エクセレンスの科学者、マックス プランク物理学研究所複雑なシステム (MPI-PKS) の)、フラットアイアン研究所、ニューヨーク、および カリフォルニア大学バークレー校、生殖細胞系列の生死の間でこの細胞の運命決定を駆動するものは何かという質問に答える証拠を見つけました。

水圧の不安定性が生殖細胞と風船の体積を決定する 左: 中央のチューブを介して接続された 2 つの風船の画像。白いチューブから入ってくる新しい空気は、青い風船の代わりに赤い風船を膨らませます。 右: C. elegans からの相互接続された生殖細胞の共焦点回転ディスク画像。 細胞皮質を示す皮質アクチンは紫色で強調表示され、ミオシンは細胞が細胞質物質を交換する生殖細胞の開口部を定義し、緑色で示されています。 クレジット: ドレスデン工科大学

以前の研究では、生理学的細胞死につながる遺伝的基礎と生化学的シグナルが明らかになりましたが、個々の生殖細胞のアポトーシスを決定し、開始するメカニズムは不明のままです。 生殖細胞が線虫の生殖腺に沿って成熟するとき、それらはまず集合的にサイズが均一に成長します。 Nature Physics に発表されたばかりの研究で、科学者たちは、この均一な成長が突然不均一な成長に変わり、一部の細胞が大きくなり、一部の細胞が小さくなることを示しています。

この研究の共同筆頭著者であるStéphane Grilleのグループの研究者Nicolas Chartierは、「生きたワームの生殖細胞サイズと細胞質物質の流動を注意深く分析し、理論的モデリングの開発を通じて、増幅する水力学的不安定性を特定しました。ランダムな最初の小さなサイズの違い、につながるいくつかの生殖細胞は、収縮する他の細胞を犠牲にしてサイズが大きくなります. これは、物理学者に知られているバイバルーン不安定性に匹敵する現象です. この不安定性は、2つのゴム風船が同時に膨張したときに発生します.膨らませようとして、大きい方のバルーンだけが膨らみます。なぜなら、その圧力は小さい方のバルーンよりも小さいため、膨らませやすいからです。」

これは、生殖細胞の選択に影響を与えるものです.これらの圧力の違いは、生殖細胞の等しいサイズの相同形成を不安定にする傾向があります. ヒートポンプで生殖細胞のサイズを人工的に縮小することによって (まぐれ 方法: 集中光誘導細胞質フラックス)、チームは、細胞の体積が減少すると、細胞の押し出しと死が引き起こされることを示しました。

共焦点イメージングを使用して、研究者は生きている線虫の生物全体をイメージングして、すべての生殖腺細胞のサイズと細胞間の液体交換の包括的かつ正確な画像を受け取ることができます。 生命の物理学 (PoL) ディスティングイッシュド グループのスポークスマンであり、学際的な研究のスーパーバイザーであるステファン グリルは、次のように付け加えています。 「組織の構成要素… 生物がどのようにしてどの細胞から選択するかを自動的に理解するのに役立ちます。それは卵になります。さらに、この研究は、ドレスデンの生物学者、物理学者、数学者の優れたコラボレーションのもう 1 つの例です。」

参照: 「線虫株における細胞死決定を駆動する油圧不安定性」 Nicholas T. Chartier、Argyadeep Mukherjee、Julia Pfänzalter、Sebastian Furthuer、Ben T. Larson、Anatole W. Fritsch、Rana Amini、Moritz Kressing、Frank Golicher、Stefan W 2021年5月20日グリル 自然物理学.
DOI: 10.1038 / s41567-021-01235-x