Svaki put kada se matična ćelija podeli, jedna ćerka ostaje matična ćelija dok druga kreće na sopstveno razvojno putovanje. Ali obe ćerke ćelije zahtevaju specifične i različite ćelijske materijale da bi ispunile svoju sudbinu. Životinjske matične ćelije koriste citoskelet — prolaznu mrežu strukturnih tubula — da fizički povuku ispravne materijale iz roditeljske ćelije u svaku ćerku ćeliju tokom razdvajanja. Biljke takođe imaju matične ćelije koje treba da distribuiraju različite materijale svakoj od svojih ćerki, ali čini se da su ranije studije isključile citoskelet u „životinjskom stilu“ da bi se postigao ovaj zadatak. A šta su biljke koristile umesto toga ostalo je neuhvatljivo – do sada.
U novoj studiji objavljenoj 6. jula u časopisu Science, istraživači sa Univerziteta Stanford otkrili su da biljne ćelije takođe koriste citoskelet. Ali postoji preokret. Umesto da povuku citoskelet, poput životinjskih matičnih ćelija, biljne ćelije koje su proučavali zapravo su ga odgurnule.
„Umesto da koristite citoskelet da kažete: ‘Podeli na ovaj način!’ biljke su rekle: ‘NE DELITE se na ovaj način!’ “ rekao je Endru Murojama, bivši postdoktorant na Stanfordu, trenutno docent na Kalifornijskom univerzitetu u San Dijegu i glavni autor rada.
Novo otkriće moglo bi pomoći istraživačima da naprave postrojenja koja su prilagodljivija promenljivom okruženju – što je kritičan zadatak dok se svet i dalje suočava sa klimatskim promenama.
„Razumevanje načina na koji se matične ćelije dele kod životinja bilo je važno za razumevanje različitih ljudskih bolesti i uticalo je na translacione lekove“, rekao je Muroiama. „Imam sličnu nadu da bi poboljšanje našeg razumevanja kako se matične ćelije dele u biljkama moglo da informiše inženjerske aplikacije u budućnosti.“
Istraživači u laboratoriji Dominikue Bergmann, Shirlei R. i Leonard V. Eli, Jr. profesor biologije na Fakultetu humanističkih nauka i nauke, započeli su ovaj rad istraživanjem kompleksa polariteta – malih klastera proteina koji su kritični u svakoj ćeliji da se izgrade listovi odgovarajuće veličine i oblika. Kompleksi polariteta pomažu matičnim ćelijama lista koje se dele da se orijentišu.
„Matične ćelije koriste ove proteine polariteta da odluče gde da se podele“, rekao je Muroiama. „Znali smo da su ti proteini uključeni u podelu, ali nismo znali kako kontrolišu proces na molekularnom nivou.“
Da bi istražio kako ovi proteini funkcionišu, tim je razvio biljne ćelijske linije koje su izražavale fluorescentne verzije kompleksa polariteta i proteina citoskeleta, a zatim provele stotine sati u mračnoj prostoriji, prateći kretanje svetlećih proteina dok su ćelije rasle, delile se i ponavljale. Interakcije između proteina polariteta, BASL (magenta) i mikrotubula (crne). Obratite pažnju na to kako mikrotubule mogu da prerastu u polarizovani region, ali se brzo smanjuju, stvarajući zonu osiromašenu mikrotubulama unutar biljne ćelije. Zasluge: Andrev Muroiama
Ubrzo su primetili da se neke ćelije ne dele prema „pravilu najkraćeg zida“, koje inače upravlja deobom biljnih ćelija. Dok se od biljnih ćelija očekuje da izgrade najmanje – i stoga energetski najkonzervativnije – zidove moguće za podjelu ćelija, u nekim slučajevima, kompleks polariteta se nalazio upravo tamo gdje bi taj zid trebao biti izgrađen. Nekako je blokirala izgradnju. Kroz niz rigoroznih eksperimenata, istraživači su zaključili da kompleks polariteta gura mikrotubule koje bi inače omogućile izgradnju zida.
„Kompleks polariteta je bio kao, ‘Ako bilo koja od vas mikrotubula pokuša da zahvati moj region, ja ću vas oterati. Bukvalno ću izazvati katastrofu – to je tehnički izraz za potpuno ometanje mikrotubula – tako da možete’ da ne izvrši invaziju na ovu zonu“, rekao je Bergman.
Bergmannova laboratorija je zainteresovana za otpornost – kako se biljke nose sa promenljivim okruženjem. Biljke preživljavaju menjajući svoje lišće ili šare grana, ili brzinu kojom dišu ili skladište šećere.
„Ovo istraživanje bi moglo dovesti do aplikacija u kojima bi se ponašanje matičnih ćelija moglo podesiti, na primer, da bi se promenila arhitektura biljaka ili da bi se pomoglo biljkama da se prilagode promenljivoj klimi“, rekao je Murojama.
Odluke o tome kako reagovati na signale iz okoline usmeravaju matične ćelije. U okviru ovog procesa, Bergman upoređuje kompleks polariteta sa menadžerom izgradnje, dajući uputstva koja obezbeđuju da se matična ćelija pravilno podeli.
„Ovaj menadžer izgradnje prima signale iz okoline, odlučuje šta da radi i govori ćeliji: ’Da, trebalo bi da se podelite. Ali onda takođe piše: ‘Sada ste se podelili. Idite i tražite svoju sreću’ “, rekao je Bergman.
Sada kada istraživači znaju kako ovaj menadžer funkcioniše, mogu da odrede njegovu ulogu u procesima uzvodno i nizvodno – i pronađu načine da iskoriste njegovu moć.
„Tačno kako funkcioniše kompleks polariteta je nešto što tek treba da shvatimo“, rekao je Bergman. „Kako da dobijete sve ove biljke koje prave zaista cool specijalizovane ćelije—ćelije koje prave zanimljive oblike, ćelije koje prave zanimljive hemikalije, ćelije koje reaguju na određene stimuluse? I možemo li da osmislimo da se to desi?“
