Πώς η διαδικασία του μεταβολισμού του θείου άνοιξε το δρόμο για πολυκυτταρική ανάπτυξη

Η πείνα προκαλεί τη συναρμολόγηση του μονοκυτταρικού D. discoideum σε έναν πολυκυτταρικό οργανισμό Credit: © MPI Immunobiology and Epigenetics, B. Kelly

Η μετάβαση από τους μονοκύτταρους στους πολυκύτταρους οργανισμούς ήταν ένα σημαντικό βήμα στην εξέλιξη των σύνθετων μορφών ζωής. Πολυκυτταρικοί οργανισμοί εμφανίστηκαν πριν από εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, αλλά οι δυνάμεις πίσω από αυτό το γεγονός παραμένουν μυστηριώδεις. Για να διερευνήσει την προέλευση της πολυκυτταρικότητας, η ομάδα της Erika Pearce στο Ινστιτούτο MPI για την Ανοσοβιολογία και την Επιγενετική στο Φράιμπουργκ έχει στραφεί στο καλούπι Dictyostelium discoideum, το οποίο μπορεί να υπάρχει τόσο σε μια μονοκυτταρική όσο και σε πολυκυτταρική κατάσταση, στην κορυφή αυτού του μεγάλου εξελικτικού βήματος. Αυτές οι διαφορετικές καταστάσεις εξαρτώνται σε μεγάλο βαθμό από ένα πράγμα μόνο – το φαγητό.


Η πρωταρχική ερώτηση του εργαστηρίου του Pearce είναι να απαντήσει στο πώς οι αλλαγές στον μεταβολισμό διεγείρουν τη λειτουργία και τη διαφοροποίηση των κυττάρων. Συνήθως μελετούν Ανοσοκύτταρα Για να απαντήσετε σε αυτήν την ερώτηση. Ωστόσο, όταν ο συγγραφέας Beth Kelly συμμετείχε στην ομάδα, αποφάσισαν να αλλάξουν το επίκεντρο. «Καταλάβαμε ότι αν ενδιαφερόμαστε για το πώς Διαθεσιμότητα θρεπτικών συστατικών Προτρέπει τις αλλαγές στον τρόπο Κελιά Η λειτουργία του, δεν υπήρχε καλύτερος οργανισμός για μελέτη από τον Dicty, καθώς η πείνα αναγκάζει τα κύτταρα να αλλάξουν από το να είναι μόνα τους στο σχηματισμό ενός πολυκυτταρικού οργανισμού. “Πρόκειται για μια τεράστια αλλαγή στη βιολογία”, δήλωσε η Erica Pearce.

Η πείνα προκαλεί την πολυκυτταρική συναρμολόγηση αυτής της κοινωνικής αμοιβάδας

Απλώς στερώντας τον D. discoideum από την παροχή θρεπτικών συστατικών του, μπορούν να εκτρέψουν αυτόν τον οργανισμό από αυτόν Μεμονωμένα κελιά Σε ένα πολυκυτταρικό συγκρότημα, επιτρέποντάς τους να εξετάσουν τους παράγοντες που οδηγούν αυτά τα πολλαπλά κελιά. Τα αδρανή συμπεριφέρονται σαν έναν πολύπλοκο πολυκύτταρο οργανισμό, με μεμονωμένα κύτταρα να ειδικεύονται σε διαφορετικές λειτουργίες και να κινούνται στο σύνολό τους. Το πολυκυτταρικό D. discoideum σχηματίζει τελικά ένα προστατευτικό σπόρο, επιτρέποντας στον πληθυσμό να επιβιώσει από την πείνα.

Η πείνα D. discoideum προκάλεσε μια ταχεία έκρηξη αντιδραστικών ειδών οξυγόνου (ROS). Το ROS είναι Μικρά σωματίδια Αυτό δημιουργούν τα κύτταρα μας, αλλά χρησιμοποιήθηκε επίσης για να σηματοδοτήσει νωρίς στην εξέλιξη, προτού υπάρξουν πιο σύνθετα συστήματα που βασίζονται σε υποδοχείς. Ωστόσο, όταν τα επίπεδα ROS είναι πολύ υψηλά, γίνονται επιβλαβή και οξειδώνουν πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα, γεγονός που τελικά οδηγεί σε κυτταρικό θάνατο. Επομένως, μια αύξηση στα είδη αντιδραστικού οξυγόνου σχετίζεται γενικά με την παραγωγή αντιοξειδωτικών για τον έλεγχο αυτών των ειδών οξυγόνου. Ο Beth Kelly σημείωσε, “Στην περίπτωσή μας, η παραγωγή της αντιοξειδωτικής γλουταθειόνης αυξήθηκε για να αντιμετωπίσει τη μαζική έκρηξη του ROS όταν πεινασμένος. Εάν δώσαμε την πεινασμένη γλουταθειόνη πεινασμένη κολλώδη φόρμα, θα μπορούσαμε να αποτρέψουμε αυτήν την αύξηση του ROS και, το πιο σημαντικό, να σταματήσουμε σχηματισμός από πολυκυτταρικό συσσωμάτωμα, το οποίο διατηρεί τα κύτταρα σε μονοκυτταρική κατάσταση. “

Η πείνα μεταβάλλει το μεταβολισμό σας

Αντίθετα, όταν εμπόδισαν την παραγωγή γλουταθειόνης με έναν αναστολέα, διαπίστωσαν ότι αντί να προάγουν ταχύτερη συναρμολόγηση, αυτό το ανέτρεψε, διατηρώντας την μονοκυτταρική κατάσταση για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα. Αυτό υποδηλώνει ότι ορισμένες λειτουργίες της προστιθέμενης γλουταθειόνης, εκτός από την αντιοξειδωτική της δράση, αντιστρέφουν τη διαδικασία σύνθεσης. Έχουν εξετάσει προσεκτικά πώς παράγεται η γλουταθειόνη. Αποτελείται από μόνο τρία αμινοξέα, κυστεΐνη, γλυκίνη και γλουταμίνη. Η Kelly πρόσθεσε καθένα από αυτά τα συστατικά ξεχωριστά στα λιμοκτονούν κύτταρα και διαπίστωσε ότι μόνο η κυστεΐνη μπορούσε να αντιστρέψει το πολυκυτταρικό συγκρότημα σε λιμοκτονία.

Τι είναι μοναδικό για τη βιολογία της κυστεΐνης; Είναι ένα από τα δύο αμινοξέα που περιέχει αγώνεςΑυτό το θείο είναι σημαντικό για μια ποικιλία διαδικασιών σε πολλαπλασιαστικά κύτταρα. Χρησιμοποιείται για την παραγωγή νέων πρωτεϊνών, είναι ζωτικής σημασίας για τη δραστηριότητα των ενζύμων και υποστηρίζει τις μεταβολικές διεργασίες για την παραγωγή ενέργειας. Κατά συνέπεια, ο περιορισμός κυστεΐνης περιορίζει την παροχή θείου, επιβραδύνει την ανάπτυξη και τον πολλαπλασιασμό και υποδεικνύει ότι δεν υπάρχουν αρκετά θρεπτικά συστατικά για να συνεχιστούν αυτές οι διαδικασίες. Για το Dictyostelium, αυτό σημαίνει ότι πρέπει να κινηθούν σε μια πολυκυτταρική κατάσταση, για να σχηματίσουν ένα σπόρο που μπορεί να επιβιώσει αυτήν την περίοδο περιορισμού των θρεπτικών συστατικών και να διατηρήσει τον πληθυσμό.

Το θείο υπαγορεύει τη λειτουργία των κυττάρων και την πολλαπλότητα των κυττάρων

Αποδείχθηκε ότι η απώλεια θείου ήταν η σημαντική διαδικασία που διέπει αυτήν την κυτταρική πολλαπλότητα και ότι η αύξηση του ROS ήταν ένας έξυπνος τρόπος για να επιτύχει ο D. discoideum αυτό το σκοπό. Αυξάνοντας το ROS, η πείνα του Dictyostelium αυξάνει την παραγωγή γλουταθειόνης. Αυτό πράγματι μεταφέρει την κυστεΐνη στα κύτταρα σε γλουταθειόνη, η οποία περιορίζει τη χρήση θείου στην αναπαραγωγή και την παραγωγή πρωτεϊνών. Με τον τεχνητό αποκλεισμό της παραγωγής γλουταθειόνης ή παρέχοντας επιπλέον κυστεΐνη στα λιμοκτονούντα κύτταρα, μπορούμε να αποκαταστήσουμε αυτήν την παροχή θείο, και να αποκαταστήσει τη διάχυση, “είπε ο Beth Kelly.” Μονοκυτταρική κατάσταση. “” Έτσι, αποκαλύψαμε πώς το θείο υπαγορεύει την εναλλαγή μεταξύ των μονοκυτταρικών και πολυκυτταρικών καταστάσεων. “Το θείο και το οξυγόνο ήταν κοινά, δύο μικρά στοιχεία στο στον αρχαίο κόσμο, και αυτό το έργο αποκαλύπτει πώς μπορεί να έχουν κάποιο ρόλο στη γένεση της πολυκυτταρικότητας.

«Επιπλέον, πιστεύουμε ότι η δουλειά μας έχει θεραπευτικές επιδράσεις σε πιο πολύπλοκους οργανισμούς. Τα καρκινικά κύτταρα πολλαπλασιάζονται πολύ και μερικά από αυτά είναι Καρκινικά κύτταρα Διατηρεί συγκεκριμένα το μεταβολισμό του θείου. Ο Pearce είπε ότι ο περιορισμός ή η στόχευση των διαδικασιών μεταβολισμού του θείου σε αυτά τα κύτταρα μπορεί να ενισχύσει την αντικαρκινική ανοσία. Η κυκλοφορία των ανοσοκυττάρων μέσα σε περιβάλλοντα που περιέχουν διακριτά μείγματα θρεπτικών συστατικών εξαρτάται και η λειτουργία των ανοσοκυττάρων εξαρτάται από τη δραστηριότητα της μεταβολικής οδού. Ο χειρισμός του μεταβολισμού του θείου μπορεί να είναι ένα μέσο τροποποίησης της ανοσίας γενικά, η εξέταση των οδών τροφικής σηματοδότησης που διατηρούνται στα πρώιμα ευκαρυωτικά Dictyostelium είναι πιθανό να είναι εξαιρετικά ευεργετική για τη λειτουργία των κυττάρων των θηλαστικών.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο Εύκρατη φύση.


Διορθώνοντας τα λάθη του άλλου – Γιατί τα κύτταρα κολλούν μεταξύ τους στα πρώτα στάδια της ανάπτυξης


περισσότερες πληροφορίες:
Η απομόνωση θείου ενισχύει την πολυκυτταρικότητα ενώ μειώνει τα θρεπτικά συστατικά, Εύκρατη φύσηΚαι το DOI: 10.1038 / s41586-021-03270-3 Και το dx.doi.org/10.1038/s41586-021-03270-3

το απόσπασμα: Πώς ο μεταβολισμός του θείου μπορεί να έχει ανοίξει το δρόμο για την πολυκυτταρική ανάπτυξη (2021, 24 Φεβρουαρίου) Ανακτήθηκε στις 24 Φεβρουαρίου 2021 από https://phys.org/news/2021-02-sulfur- metabolism-paved-evolution-multicellularity.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη μεταχείριση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Spring Hill Pest Control - Παροχή αποτελεσματικών λύσεων καταπολέμησης παρασίτων σε όλα τα προβλήματα παρασίτων στο Spring Hill της Φλόριντα

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *