Как клетка узнаёт, что пора делиться

Сигналом к делению служит увеличившийся размер клетки – чем она больше, тем меньше в ней становится концентрация белка, запрещающего клетке делиться.

В жизни каждой клетки наступает пора делиться, но как она узнаёт, что – пора? До сих пор биологи слабо представляли себе природу сигнала к делению. По аналогии с животными можно предположить, что тут всё решает клеточный рост. Действительно, процесс удвоения ДНК, необходимый для деления, начинается тогда, когда клетка достаточно выросла. Но тут возникает другой вопрос – какие молекулярные механизмы могут следить за её размером?

Принцип работы такого механизма вообразить нетрудно: должна быть какая-то молекула (скорее всего, белок), чья концентрация строго привязана к росту клетки. Когда такой молекулы становится слишком много или слишком мало, она запускает деление. «Главным подозреваемым» на эту роль у исследователей из Стэнфорда, экспериментировавших с дрожжами, был белок Cln3, с которого начинается сигнальная цепочка, включающая репликацию ДНК. Но оказалось, что его концентрация в течение жизненного цикла не меняется.

Тогда Курт Шмоллер (Kurt Schmoller) и его коллеги обратились к другим белкам из той же сигнальной цепочки, и, в конце концов, вышли на Whi5. Его, как пишут авторы работы в Nature, бывает очень много в новорождённой клетке, потом же уровень Whi5 начинает падать. Если Whi5 искусственным образом разбавляли, замедляя его синтез, то дрожжи начинали делиться раньше обычного, когда их клетки были ещё небольшими, не достигшими нормального размера деления. Если же, наоборот, уровень его был искусственно завышен, то клетки росли и росли, не переходя к делению. То есть Whi5 служит ингибитором деления, чей эффект зависит от его концентрации.

Главным сюрпризом здесь стало то, что молекулярный переключатель занимает срединное положение в сигнальной цепочке – обычно всё начинается со стартовой молекулы, которая воспринимает некий стимул, после чего передаёт сигнал своим «подчинённым», расположенным далее по цепи. (О том, что эта белковая цепь регулирует клеточный цикл, было известно давно, просто до сих пор было непонятно, как сигнальная цепь чувствует изменения размера клетки.) Подробности работы Whi5 предстоит ещё выяснить, но на молекулярном уровне всё выглядит, скорее всего, так: сам Whi5 связывается с регуляторными последовательностям генов клеточного деления, тем самым выключая их, а когда Whi5 становится мало, то он начинает хуже держаться на ДНК, и подконтрольные ему гены освобождаются от его влияния.

Можно ли полученные результаты распространить на человеческие клетки? Скорее всего, да – на уровне базовых молекулярно-клеточных процессов все эукариоты (а мы с дрожжами относимся к домену эукариот) похожи друг на друга. Отличия же, к примеру, могут быть в том, что за ростом клетки у человека будет следить не совсем такой же, но похожий сигнальный белок. Однако стоит напомнить, что есть случаи, когда клетка делится без предварительного роста: так, про оплодотворённую яйцеклетку говорят, что она дробится – её потомки не растут, и эмбрион на самых первых этапах развития представляет собой комплекс всё уменьшающихся и уменьшающихся клеток. На клеточный рост тут ориентироваться нельзя, так что сигнал к делению, очевидно, имеет иную природу.