Wpływ mikrośrodowiska na podziały komórkowe
Kasia Kuleszewicz | 2007-06-25
Podziały są istotnym procesem w życiu każdej komórki. Składają się na nie złożone, dynamiczne oddziaływania pomiędzy dużą liczbą molekularnych cząsteczek. Stworzono model, który pozwala przewidywać i kontrolować rodzaj podziałów jakim ulegnie komórka. Ma to potencjalne zastosowanie w diagnostyce chorób i badaniem komórek macierzystych.
Podziały komórkowe odgrywają ważną rolę we wzroście organizmów, procesach naprawczych, obronie przed infekcjami a także w odnowie komórek. Oszacowano, że w każdym momencie, w organizmie człowieka, podziałom ulega równocześnie 250 milionów komórek. Każda z tych komórek ma dokładnie określoną lokalizację, która jest kluczowa dla utrzymania kształtu tkanki czy organu. Występujące koło siebie komórki tworzą jednocześnie mikrośrodowisko, które kształtuje podziały i umiejscowienie komórek potomnych.
Francuscy naukowcy z Centre de la Recherche Scientifique w Instytucie Curie razem z niemieckimi naukowcami z Instytutu Maxa Plancka zaproponowali teoretycznym model mechanizmu podziałów komórkowych. Wyniki ich badań zostały opublikowane 24 maja w magazynie Nature.
Jak się okazuje największy wpływ na podziały komórkowe ma otaczające komórki mikrośrodowisko stworzone przez inne komórki. Użyta przez naukowców metoda Micropatterning’u należy do grupy metod nazywanych mikrotechnologiami. i polega na obserwacji orientacji podziałów komórkowych pod wpływem danych substancji.
Obserwacje wielu komórek podczas podziałów pozwoliły na stworzenie mechanistycznego modelu ustawiania wrzeciona podziałowego – struktury komórkowej, która okresowo występuje podczas podziału. Jego działanie oparte jest na aktywacji cząsteczek odpowiedzialnych za ruchomość przez substancje występujące w mikrośrodowisku. Ich funkcją jest pociąganie mikrotubuli astralnych i pozycjonowanie wrzeciona. Mechanizm ten wyrównuje płaszczyznę podziału komórki w zależności od geometrii jej otoczenia.
Model oparty jest na pomiarach sił wywieranych na wrzeciono podziałowe wewnątrz komórki. Opisuje on jak komórki dzielą się w normalnych warunkach, a także kiedy oddziaływanie środowiska nie jest typowe. Model pokazuje także, że niektóre z tych oddziaływań są także w stanie indukować podziały asymetryczne. Model ten może mieć zastosowanie w diagnostyce chorób, jako że anormalne podziały są charakterystyczne dla niektórych stanów chorobowych.
Naukowcy badali zatem wpływ różnych oddziaływań środowiskowych na podziały sąsiednich komórek. Wykonywane jest to za pomocą metody zwanej Micropatterning. Wykorzystuje ona hydrofobowe powierzchnie, na których umieszczane są substancje o znanych właściwościach. Powierzchnia taka produkuje przestrzenną informację, imitującą tą, która wydawana jest w tkance i która wpływa na daną komórkę.
Naukowcy pokazali, że podziały asymetryczne indukowane są określonym przestrzennym sygnałem komórkowego mikrośrodowiska. Symetryczny czy asymetryczny podział ma kluczowe znaczenie w nadawaniu funkcji komórce potomnej. Kontrola nad rodzajem podziału komórki miałaby potencjalne zastosowanie w kierowaniu rozwojem komórek macierzystych.
Technika Micropatterning’u może być zatem użyta do badania indywidualnej wrażliwości komórek i określania praw jakimi żądzą się podziały komórkowe, bez znajomości ich molekularnych mechanizmów. Prawa te mogą być zastosowane do rozwoju embrionalnego, w którym jak wiadomo zachodzą bardzo istotne podziały komórkowe, których precyzja warunkuje prawidłowy rozwój. Te same prawa dotyczą także podziałów będących częścią odnowy komórkowej organizmów.
Dzięki technice tej możliwe jest zatem precyzyjne określenie wrażliwości komórki na wpływy środowiska ją otaczającego i na nią wpływającego, a także rozpoznanie komórek, których podziały są anormalne, co pozwala na szybką identyfikacje komórek nowotworowych.
Źródło:
Matsuzawa. M et al. (1997) Micropatterning of neurons using organic substrates in culture. Thin Solid Films 305: 74-79.