Kan eggerøre dekryptere seg selv? Vel, liksom.
Cytoplasmaet til sprengte Xenopus-froskeegg reorganiseres spontant til cellelignende rom, ifølge en studie utført av forskere ved Stanford University School of Medicine.
"Vi ble overveldet," sa James Ferrell, MD, PhD, professor i kjemisk og systembiologi og i biokjemi. "Hvis du blander en datamaskin, ville du ende opp med bittesmå biter av datamaskinen, og de ville ikke engang kunne legge til to og to. Men se og se, cytoplasmaet reorganiserer seg.«
Bemerkelsesverdig nok beholder de selvmonterte rommene evnen til å deles og kan danne mindre rom. Tidligere studier har vist at noen subcellulære strukturer, som sentrosomer og endoplasmatisk retikulum, kan selvmontere utenfor celler fra deres rensede komponenter, noe som viser at disse strukturene har en viss evne til selvorganisering. Den nye studien gir imidlertid det første eksempelet på selvorganisering i skalaen og kompleksiteten til hele celler.
Ferrell er seniorforfatter på studien, som vil bli publisert 1. november i Science. Hovedforfatteren er postdoktor Xianrui Cheng, PhD.
rom dannes spontant
Funnet var avhengig av Chengs observasjoner. Mens han studerte en molekylær prosess kjent som programmert celledød, la han merke til at kjernene i et rør med cytoplasmatisk ekstrakt fra froskeegg oppførte seg uventet. Etter 30 minutter eller så hadde kjernene organisert seg slik at avstanden mellom to kjerner var nesten lik, sa Cheng. Da han avbildet det cytoplasmatiske ekstraktet på objektglass, så han at det hadde dannet distinkte rom som lignet et ark med celler.
"Hvis du tar cytoplasmaet til froskeegget - merk at cytoplasmaet har blitt homogenisert, så den romlige strukturen som var der har blitt fullstendig forstyrret - og bare lar det sitte i romtemperatur, vil det reorganisere seg selv og danner små cellelignende enheter. Det er ganske utrolig, "sa Cheng. Disse cellelignende avdelingene ble dannet uansett om Xenopus spermkjerner ble tilsatt eller ikke, noe som tyder på at oppførselen var avhengig av noe som var iboende til egget.
For å forstå mekanismen som ligger til grunn for fenomenet, testet forskerne om kompartmentdannelsen ble påvirket av tilsetning av kjemiske hemmere til cytoskjelettproteiner, motorproteiner og kinaser, som aktiverer andre proteiner. Denne tilnærmingen avslørte at ATP, den primære energikilden i cellen, og mikrotubuli, cytoskjelettfilamenter som gir strukturell støtte, var nødvendig for at rom skulle dannes. Dynein, en type motorprotein, var også nødvendig for riktig lokalisering av mikrotubuli.
Selvorganiserte rom deler
Disse cellelignende rommene så ikke bare ut som celler; de delte seg som dem også. Eggekstraktet som forskerne brukte da de identifiserte romdannelse inneholdt et kjemikalie som hindret cellene i å gå inn i cellesyklusen. Når dette kjemikaliet ble fjernet, og spermkjerner ble tilsatt, dannet eggekstraktet rom som delte seg inn i mindre rom.
Forskerne så at disse avdelingene kunne gjennomgå over 25 delingsrunder, noe som indikerer at prosessen var veldig robust. Delingen var også reduktiv, sa Cheng, siden den totale mengden cytoplasma forble konstant og ble delt inn i mindre og mindre rom for hver syklus. "Du tar materialet fra egget, og det deler seg i en modus som minner om embryonal utvikling," sa han.«Akkurat som de skal i et ekte egg.»
Fremtidig veibeskrivelse
Alle disse funnene tyder på at Xenopus eggcytoplasma har den iboende evnen til å generere den grunnleggende romlige organiseringen av cellen og til og med har noen av dens funksjoner. Et åpent spørsmål er imidlertid hvilken rolle dette fenomenet spiller i eggets normale fysiologi. Et annet spørsmål er om denne evnen til selvorganisering er særegen for egg eller deles av andre typer celler.
Forskerne håper også å forstå ytterligere hva som skal til for at selvorganisering skal skje. "Mitt favorittspørsmål akkurat nå," sa Ferrell, "er kan vi lage en enkel modell som forklarer det grunnleggende i denne organisasjonsprosessen? Eller må vi gjøre noe ekstremt komplisert, som å gjøre rede for hver eneste ting vi vet at en mikrotubuli kan gjøre?"
Undersøkelsen ble støttet av National Institutes of He alth (R01GM110564 og P50GM107615).
Stanfords avdelinger for kjemisk og systembiologi og for biokjemi støttet også dette arbeidet.
