معلومة

هل الخلايا مضمونة للحصول على ميتوكوندريا واحدة على الأقل عند انقسامها؟

هل الخلايا مضمونة للحصول على ميتوكوندريا واحدة على الأقل عند انقسامها؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

إذا كانت الميتوكوندريا موجودة بشكل عشوائي داخل الخلية ، فهل هناك احتمال أن يؤدي الانقسام الخلوي إلى خلية ابنة لا تحتوي على ميتوكوندريا؟ إذا لم يكن الأمر كذلك ، فما هي إجراءات ضمان وجود واحدة على الأقل في كل خلية ابنة؟ إذا كان الأمر كذلك ، فماذا يحدث لتلك الخلية؟


ألا يوجد احتمال أن يؤدي الانقسام الخلوي إلى خلية ابنة لا تحتوي على ميتوكوندريا؟

نعم ، هناك دائما إمكانية. ومع ذلك ، يجب أن يكون هناك ضغط اختيار سلبي قوي ضد الحياة حقيقية النواة لا يمكن أن يحقق التقسيم الصحيح للميتوكوندريا ، لذلك يمكنك أن تتخيل أن هناك آليات قائمة لمنع هذه الحالة.

يتم تقسيم الميتوكوندريا بشكل سلبي ونشط إلى خلايا ابنة. من المفهوم أن هذا يحدث من خلال الهيكل الخلوي والتحكم في اندماج وانشطار الميتوكوندريا في المراحل الرئيسية من دورة الخلية ، قبل الانقسام والحركة الخلوية!

إليك مراجعة رائعة منذ عدة سنوات تتناول سؤالك جيدًا.


بالإضافة إلى مثال S Pr الممتاز ، أردت أن أشير إلى أن بعض الأبحاث الحديثة جدًا تصف بعض السلوك الخاص في تطوير البويضات المرتبط تحديدًا بانتقاء الميتوكوندريا.

إليك نسخة سهلة القراءة: https://www.sciencedaily.com/releases/2019/05/190515131741.htm

ها هي النسخة الأصلية في Nature: https://www.nature.com/articles/s41586-019-1213-4

على وجه التحديد ، أثناء الانقسام الاختزالي ، فإن البويضة على وجه التحديد "تضع الميتوكوندريا في الاختبار" من خلال فصلها جميعًا (التجزئة) وجعل كل منها يعمل بشكل مستقل. (عادةً ما تعمل الميتوكوندريا بشكل جماعي ، كل واحدة من المحتمل أن تعوض عن أوجه القصور في أقرانها). أي شيء لا "يصنع القطع" يتم التخلص منه ، والنتيجة هي خلية بويضة لديها أفضل ميتوكوندريا لتمريرها إلى الجيل التالي.


تحتوي الخلية الحيوانية النموذجية على 1000-2000 ميتوكوندريا. من وجهة نظر إحصائية ، بافتراض التوزيع العشوائي للميتوكوندريا وأن الخلية تنقسم إلى النصف ، فإن احتمال وجود 0 ميتوكوندريا هو (1/2) ^ 1000 أو 9e-302. هذا يجعلها ملف استحالة لجميع الأغراض العملية.

مع وجود ما يكفي من الميتوكوندريا ، فإن عملية ضمان انقسام الخلية إلى النصف تقريبًا والتوزيع العشوائي إلى حد ما للميتوكوندريا ستكون كافية للحصول على ميتوكوندريا واحدة على الأقل في كل خلية ابنة.

لمعالجة الافتراضات:

  1. التوزيع العشوائي للميتوكوندريا - يفترض في السؤال
  2. تنقسم الخلايا إلى نصفين تقريبًا - المصدر عند تقسيم التماثلات.

دراسة معملية تحل مشكلة الكتاب المدرسي: كيف تعرف الخلايا حجمها

يصف بحث جديد كيف تحدد الخلايا حجمها لمعرفة متى تتوقف عن الانقسام. في هذه الصورة المجهرية الرقمية ، تجتاح موجات انقسام الخلية جنين ذبابة الفاكهة لتقليل حجم الخلية. الائتمان: Amodeo Lab / كلية دارتموث

لقد بحث العلماء لسنوات لفهم كيفية قياس الخلايا لحجمها. حجم الخلية أمر بالغ الأهمية. إنه ما ينظم انقسام الخلايا في كائن حي ينمو. عندما يتضاعف حجم الهياكل المجهرية ، فإنها تنقسم. خلية واحدة تتحول إلى خليتين. خليتان تتحولان إلى أربعة. تتكرر العملية حتى يمتلك الكائن الحي خلايا كافية. وبعد ذلك يتوقف. أو على الأقل من المفترض أن.

إن السلسلة الكاملة للأحداث التي تؤدي إلى توقف انقسام الخلايا في الوقت المناسب هو ما أربك العلماء. بعيدًا عن كونه مشكلة كتابية ، يتعلق السؤال بالتحديات الطبية الخطيرة: الخلايا التي تتوقف عن الانقسام مبكرًا يمكن أن تسبب عيوبًا في نمو الكائنات الحية. يمكن أن يؤدي نمو الخلايا غير المنضبط إلى الإصابة بالسرطان أو اضطرابات أخرى.

دراسة من دارتموث ، نشرت في علم الأحياء الحالي، يقدم إجابة جديدة للسؤال من خلال معالجة المشكلة بشكل عكسي: ركز البحث على الخلايا الكبيرة التي تقلل حجمها من خلال الانقسام حتى يتم تكوين خلايا كافية للانتقال إلى مراحل أخرى من التطور.

قالت أماندا أموديو ، الأستاذة المساعدة في علم الأحياء في دارتموث والباحثة الرئيسية: "يعتبر الجنين المبكر مكانًا مثاليًا لدراسة التحكم في حجم الخلية". "الخلايا التي نعمل معها عبارة عن بيض مرئي للعين. لا تحتاج إلى النمو قبل الانقسام ، لذلك يسمح لنا بالنظر في الروابط المحجوبة في الخلايا البالغة."

وفقًا للدراسة ، يتم تحميل كمية محددة من بروتين هيستون H3 في الجنين قبل الإخصاب ويتم استخدامها مع انقسام الجنين إلى المزيد من الخلايا. عندما يتم استهلاك الهستونات لاستيعاب العدد المتزايد من النوى ، فإنها تطلق الإنزيم Chk1 ليرتبط ببروتين آخر ، CDC25 ، لوقف تكاثر الخلايا.

البحث تقني ، لكن الآلية واضحة نسبيًا: مع خروج هيستون H3 من الطريق في خلية نامية ، يعثر إنزيم الإيقاف Chk1 ويعطل البروتين الذي يحفز تقدم دورة الخلية ، CDC25.

قال يوكي شيندو زميل أبحاث ما بعد الدكتوراه في دارتموث والمؤلف الأول للورقة البحثية: "كان مفتاح نتيجة بحثنا هو الخروج باحتمالية أن كميات كبيرة غير معتادة من هيستون H3 قد تتغذى في إنزيم التوقف". "بمجرد أن لاحظنا ذلك ، تمكنا من اختبار هذه الفكرة في أنبوب الاختبار الحي لدينا ، بيض ذبابة الفاكهة."

يعتمد البحث الجديد على دراسات سابقة وجدت أن هناك ثابتًا بيولوجيًا بين حجم الجينوم وحجم الخلية. عرف الباحثون أنه بمجرد تحقيق نقطة التوازن ، ستتوقف الخلايا عن التكاثر ، لكنهم لم يفهموا كيف يمكن للخلايا تحديد النسبة.

للعثور على إجابة السؤال الذي طال أمده ، درس فريق البحث بيض ذباب الفاكهة. نظرًا لحجمها الكبير مقارنة بالخلايا الأخرى ، تمكن الفريق من الحصول على منظور مختلف لدورة الخلية.

قال Amodeo: "لدينا كل القطع لسنوات ولكننا لم نتمكن من جعلها تتناسب مع بعضها البعض". "بمجرد أن أدركنا أن H3 يتفاعل مباشرة مع كل من DNA و Chk1 ، سار العمل بسرعة كبيرة. نجح كل شيء في المرة الأولى ، وهي علامة جيدة على صحة الفرضية."

نظرًا لأن نفس الجزيئات التي تتحكم في انقسام الخلايا - هيستون H3 و CDC25 و Chk1 - يتم تحديدها جميعًا في السرطان وأمراض أخرى ، يمكن أن تساعد النتائج الباحثين الذين يبحثون عن إجابات للأسئلة المتعلقة بالتطور والمرض.

قال شيندو: "كنا نشعر بالفضول في الأصل بشأن سؤال بيولوجي أساسي حول كيفية اتخاذ الخلايا في البويضة النامية قرارًا بالتوقف في التوقيت الصحيح". "نحن متحمسون الآن لأن النتائج التي توصلنا إليها قد يكون لها أيضًا تأثير مهم لسياق أوسع مثل المرض."


تسلط طريقة التصوير الضوء على الدور الجديد لبروتين الهيكل العظمي الخلوي

خلية سرطانية مكتوب عليها الأكتين (أحمر) والميتوكوندريا (سماوي). صمم العلماء مجسات جديدة تراقب على وجه التحديد التفاعلات بين الأكتين والميتوكوندريا. الائتمان: معهد سالك / مركز ويت المتقدم بيوفوتونيكس

بينما يساعد الهيكل العظمي جسمك على الحركة ، تساعد الشعيرات الدقيقة الشبيهة بالهيكل العظمي داخل خلاياك أيضًا على تحريك الهياكل الخلوية. الآن ، طور باحثو Salk طريقة تصوير جديدة تتيح لهم مراقبة مجموعة فرعية صغيرة من هذه الخيوط ، تسمى الأكتين.

يقول أوري مانور ، مدير منشأة Salk's Biophotonics الأساسية والمؤلف المقابل للورقة: "الأكتين هو البروتين الأكثر وفرة في الخلية ، لذلك عندما تصوره ، ينتشر في جميع أنحاء الخلية". "حتى الآن ، كان من الصعب حقًا معرفة مكان وجود جزيئات الأكتين الفردية ذات الأهمية ، لأنه من الصعب فصل الإشارة ذات الصلة عن الخلفية بالكامل."

باستخدام تقنية التصوير الجديدة ، تمكن فريق Salk من التعرف على كيفية قيام الأكتين بوظيفة مهمة: مساعدة "محطات الطاقة" الخلوية المعروفة باسم الميتوكوندريا على الانقسام إلى قسمين. العمل الذي ظهر في المجلة طرق الطبيعة في 10 أغسطس 2020 ، يمكن أن يوفر فهمًا أفضل للخلل الوظيفي في الميتوكوندريا ، المرتبط بالسرطان والشيخوخة والأمراض التنكسية العصبية.

الانشطار المتقدري هو العملية التي تنقسم من خلالها هذه الهياكل المولدة للطاقة ، أو العضيات ، وتتكاثر كجزء من الصيانة الخلوية العادية ، تنقسم العضيات ليس فقط عندما تنقسم الخلية نفسها ، ولكن أيضًا عندما تكون الخلايا تحت ضغط عالٍ أو تكون الميتوكوندريا تالف. ومع ذلك ، فإن الطريقة الدقيقة التي تقطع بها ميتوكوندريا ما إلى اثنين من الميتوكوندريا لم تُفهم جيدًا ، لا سيما كيفية حدوث الانقباض الأولي. لقد وجدت الدراسات أن إزالة الأكتين من الخلية تمامًا ، من بين العديد من التأثيرات الأخرى ، يؤدي إلى تقليل انشطار الميتوكوندريا ، مما يشير إلى دور الأكتين في هذه العملية. يقول الباحثون إن تدمير كل الأكتين يسبب الكثير من العيوب الخلوية ، بحيث يصعب دراسة الدور الدقيق للبروتين في أي عملية واحدة.

لذلك ، طور مانور وزملاؤه طريقة جديدة لتصوير الأكتين. بدلاً من وسم كل الأكتين في الخلية بالفلورة ، قاموا بإنشاء مسبار أكتين يستهدف الغشاء الخارجي للميتوكوندريا. فقط عندما يكون الأكتين في نطاق 10 نانومتر من الميتوكوندريا ، فإنه يتم توصيله بالمستشعر ، مما يؤدي إلى زيادة إشارة التألق.

بدلاً من رؤية الأكتين منتشرًا بشكل عشوائي حول جميع أغشية الميتوكوندريا ، كما قد يحدث في حالة عدم وجود تفاعلات منفصلة بين الأكتين والعضيات ، رأى فريق مانور نقاطًا ساخنة من الأكتين. وعندما نظروا عن كثب ، كانت النقاط الساخنة موجودة في نفس المواقع التي تعبر فيها عضية أخرى تسمى الشبكة الإندوبلازمية الميتوكوندريا ، والتي سبق العثور عليها في مواقع الانشطار. في الواقع ، عندما شاهد الفريق النقاط الساخنة للأكتين تضيء وتختفي بمرور الوقت ، اكتشفوا أن 97 في المائة من مواقع الانشطار الميتوكوندريا تحتوي على توهج أكتين حولها. (يتكهنون بوجود أكتين في 3 في المائة الأخرى من مواقع الانشطار ، لكنه لم يكن مرئيًا).

"هذا هو أوضح دليل رأيته على الإطلاق على أن الأكتين يتراكم في مواقع الانشطار" ، كما تقول كارا شيافون ، المؤلف الأول المشارك للورقة البحثية وزميلة ما بعد الدكتوراه المشتركة في مختبرات أوري مانور والبروفيسور سالك جيرالد شادل. "إن رؤيته أسهل بكثير مما لو كنت تستخدم أي علامة أكتين أخرى."

من خلال تعديل مسبار الأكتين بحيث يتصل بغشاء الشبكة الإندوبلازمية بدلاً من الميتوكوندريا ، تمكن الباحثون من تجميع الترتيب الذي تنضم به المكونات المختلفة إلى عملية انشطار الميتوكوندريا. تشير نتائج الفريق إلى أن الأكتين يرتبط بالميتوكوندريا قبل أن يصل إلى الشبكة الإندوبلازمية. يقدم هذا نظرة ثاقبة مهمة حول كيفية عمل الشبكة الإندوبلازمية والميتوكوندريا معًا لتنسيق انشطار الميتوكوندريا.

في تجارب إضافية موصوفة في مخطوطة ما قبل الطباعة متاحة على bioRxiv ، أفاد فريق مانور أيضًا أن نفس تراكم الأكتين المرتبط بالشبكة الإندوبلازمية يُرى في المواقع التي تنقسم فيها العضيات الخلوية الأخرى - بما في ذلك الإندوسومات والليزوزومات والبيروكسيسومات. يشير هذا إلى دور جديد واسع لمجموعة فرعية من الأكتين في ديناميات العضية والتوازن (التوازن الفسيولوجي).

في المستقبل ، يأمل الفريق في النظر في كيفية تأثير الطفرات الجينية المعروفة بتغيير ديناميكيات الميتوكوندريا على تفاعلات الأكتين مع الميتوكوندريا. كما يخططون أيضًا لتكييف مجسات الأكتين لتصور الأكتين القريب من الأغشية الخلوية الأخرى.

"هذه أداة عالمية يمكن استخدامها الآن في العديد من التطبيقات المختلفة" ، كما يقول تونج زانج ، أخصائي الفحص المجهري الضوئي في سالك والمؤلف الأول المشارك للورقة. "من خلال تبديل تسلسل الاستهداف أو الجسم النانوي ، يمكنك معالجة الأسئلة الأساسية الأخرى في بيولوجيا الخلية."

يقول مانور: "نحن في عصر ذهبي للفحص المجهري ، حيث يتم دائمًا ابتكار أدوات جديدة ذات دقة أعلى ، ولكن على الرغم من ذلك ، لا تزال هناك قيود كبيرة على ما يمكنك رؤيته". "أعتقد أن الجمع بين هذه المجاهر القوية والأساليب الجديدة التي تختار بالضبط ما تريد رؤيته هو الجيل التالي من التصوير."


الخلايا الجذعية لهذه الديدان هي تغيرات نمو

صورة مجهرية تظهر الخلايا الأرومات الجديدة المستوية (الزرقاء) والخلايا المتمايزة (الصفراء). تعبر بعض الخلايا الأروماتية الجديدة والخلايا المتمايزة عن الجين اللازم لتكوين خلايا معوية ، ممثلة بنقاط وردية اللون. الائتمان: أميلي راز / معهد وايتهيد

المستورقات هي ديدان صغيرة تعيش في الماء معروفة بقدرتها على التجدد. إذا قمت بتقطيع واحدة إلى عشر قطع ، فسوف ينتهي بك الأمر مع عشرة ديدان كاملة التكوين.

في حين أن البشر لديهم تجمعات من الخلايا الجذعية المتخصصة التي يمكن أن تخلق أجزاء أجسامنا المتجددة مثل الشعر والجلد ، فإن هذه الديدان تدين بقوتها التجديدية الخارقة لنوع خاص من الخلايا الجذعية يسمى الأرومة الحديثة. بعض هذه الخلايا على الأقل "متعددة القدرات" ، مما يعني أنها يمكن أن تنقسم لتكوين أي نوع من الخلايا تقريبًا في جسم الدودة في أي وقت. الخلايا الأروماتية الجديدة هي في الواقع الخلايا المنقسمة الوحيدة في المستوحات - فالخلايا الملتزمة تمامًا مثل تلك الموجودة في العين أو الأمعاء لا يمكنها الانقسام مرة أخرى.

"السؤال الكبير بالنسبة لنا هو ، كيف تنتقل الأرومة الجديدة من القدرة على صنع أي شيء ، إلى صنع شيء معين؟" تقول أميلي راز ، باحثة ما بعد الدكتوراه في معهد وايتهيد التي أجرت أبحاثها العليا في مختبر عضو معهد وايتهيد بيتر ريدين. "كيف ينتقلون من القدرة على صنع أي شيء في الجسم إلى خلية أمعاء ، على سبيل المثال ، ستبقى خلية معوية حتى تموت؟"

الآن ، في ورقة نشرت على الإنترنت في 20 أبريل في المجلة الخلية الجذعية للخلاياوضع باحثون في معهد وايتهيد نموذجًا جديدًا لكيفية التزام هذه الخلايا الجذعية بمصيرها والاستمرار في تكوين خلايا متمايزة تمامًا. غالبًا ما يُنظر إلى عملية التمايز الخلوي على أنها تسلسل هرمي ، مع وجود خلية جذعية خاصة واحدة في الأعلى والتي يمكن أن تأخذ عددًا من المسارات المحتملة للوصول إلى حالة متخصصة. يُعتقد عمومًا أن هذا يحدث عبر سلسلة من الانقسامات الخلوية التي يتم فيها تقييد مصير كل جيل تدريجيًا.

يقول المؤلف الكبير ريدين ، وهو أيضًا أستاذ علم الأحياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومحقق في معهد هوارد هيوز الطبي: "نحن نقترح حدوث شيء يختلف تمامًا عن وجهة النظر التقليدية". "نعتقد أن الخلايا الجذعية يمكنها تحقيق قفزات واسعة في حالة دون المرور بسلسلة من الانقسامات المقيدة للمصير. نسميها نموذج المصير ذو الخطوة الواحدة."

في النموذج الجديد ، يمكن للبروستات الجديدة التي تسير على طريق تكوين خلايا الجلد أو خلايا الأمعاء أن تنتج خلايا نسل يمكنها تبديل مصيرها لتكوين خلايا من أنواع أخرى. هذا العمل هو خطوة في الطريق الطويل لفهم القدرات التجديدية لهذه الديدان ، ويمكن أن تفيد في مناهج الطب التجديدي بعيدًا في المستقبل.

يقول راز ، المؤلف الأول للورقة البحثية: "إن قدرة الخلايا الجذعية المستوية على تغيير مصيرها هي حقًا قوية حقًا". "من الواضح أن هذا بعيد المنال ، ولكن من الناحية النظرية يمكن تطبيق مفهوم تبديل مصير الخلايا الجذعية على الطب التجديدي ، مع برمجة الخلايا الجذعية البشرية."

قلب التسلسل الهرمي

يمكن تصنيف الخلايا العصبية الجديدة في العديد من "الفئات". على سبيل المثال ، تحتوي فئة واحدة من الخلايا الأروماتية الجديدة على جميع المواد اللازمة لصنع خلايا الجلد ، بينما تمتلك فئة أخرى مجموعة الأدوات اللازمة لتشكيل الكلى البدائية للديدان أو أمعاءها. وفقًا للنموذج الهرمي ، فإن هذه الأرومات الجديدة المتخصصة هي وسطاء بين خلية متعددة القدرات في أعلى التسلسل الهرمي ، وخلايا الجسم غير المنقسمة.

يقول راز: "يمكنك أن تتخيل أن الخلية الخاصة الموجودة في الجزء العلوي عبارة عن لوحة فارغة مع عدم وجود ميل نحو أي نوع من الخلايا - يمكنها أن تصنع أي شيء". "هذه هي الطريقة التي تصورنا بها في كثير من الأحيان أن التنمية تعمل."

لكن راز وريديان وعمري ورتزل ، باحث ما بعد الدكتوراة السابق في مختبر ريدين الآن بجامعة تل أبيب ، بدأوا في التشكيك في هذا الافتراض بعد ملاحظة بعض الخصائص الغامضة للخلايا المستوية.

بادئ ذي بدء ، لاحظ الباحثون في الماضي أنه عندما يعالج مستورق بالإشعاع لقتل جميع الخلايا الجذعية الموجودة ، يمكن أن تنقذ أرومة جديدة واحدة الحيوان عن طريق تكوين مستعمرة تحتوي على العديد من الفئات المختلفة من الأرومات الحديثة. إذا كانت هناك ، كما اقترحت النظريات السابقة ، فئة واحدة من الخلايا الجديدة التي أدت إلى ظهور كل هذه الأنواع ، فقد استنتج راز وريديان أن هذه الفئة يجب أن تكون مقيمًا مشتركًا في كل مستعمرة تشكلت. بعد إنشاء العديد من هذه المستعمرات وتحليل تركيبها ، رأى الباحثون أن الأمر لم يكن كذلك. يقول ريدين: "لكل فصل درسناه ، كان هناك الكثير من المستعمرات التي تفتقر إلى هذه الفئة تمامًا". "لم تكن هناك فئة فريدة موجودة في جميع المستعمرات."

نقطة شائكة أخرى: بدأ الباحثون يدركون أنه عند تطبيق نموذج التسلسل الهرمي ، فإن حسابات الانقسامات الخلوية المستوية وفعاليتها لم تضيف شيئًا. في دراسة سابقة لزرع الخلايا ، وجد مختبر Reddien أن العديد من الأرومات الجديدة التي اختبروها كانت متعددة القدرات - في هذه الدراسة وجدوا أن هذه النسبة أكبر مما كانوا يتوقعون إذا كانت الأرومات الحديثة غير المتخصصة هي الوحيدة القدرة. "عندما تضيف كل الأنواع المختلفة من الأرومات الحديثة المتخصصة ، فإنها على الأقل ثلاثة أرباع سكان الأرومة الجديدة ، ومن المؤكد تقريبًا أنها أعلى من ذلك." يقول راز. لذلك ، تساءل الباحثون عما إذا كانت بعض الأرومات الحديثة المتخصصة يمكن أن تكون متعددة القدرات أيضًا.

أظهرت دراسة أخرى من مختبر Reddien أن الأرومات الحديثة المتخصصة في الجلد لم تحتفظ بمصير الجلد من خلال أكثر من انقسام خلية واحد. أيضًا ، في حوالي نصف جميع انقسامات الخلايا في المستوطنين ، ستكون الخليتان الوليتان مختلفتين عن بعضهما البعض. أثار هذا احتمال أن تنقسم الخلايا الجديدة المتخصصة بشكل غير متماثل كطريق محتمل لتغيير مصير الخلايا الجذعية.

علاوة على ذلك ، كان الجدول الزمني للتجديد معطلاً - المعدل الذي تمكن به المستورقون من إعادة نمو أجزاء الجسم لم يسمح بعدة جولات من الانقسامات المقيدة للمصير.

بعد إجراء تجارب لدراسة هذه المواقف المختلفة ، تمكن Raz و Wurtzel و Reddien من إنشاء حالة لنموذجهم الجديد لتمايز الخلايا. "ما نعتقد أنه يحدث هو أن المستورقين لديهم الكثير من اللدونة في مجموعة الخلايا الجذعية العامة ، حيث يمكن للخلايا الفردية أن تتحرك داخل وخارج المراحل المتخصصة المختلفة من خلال عملية انقسام الخلية من أجل إحداث ما هو مطلوب ،" راز يقول.

يقول ريدين: "هذه مجرد بداية لاستكشاف هذه العملية ، على الرغم من أننا ندرسها لسنوات عديدة". "بالتركيز على النموذج ، نقترح أن الخلايا يمكنها اختيار مصير واحد ، وبعد ذلك من خلال عملية الانقسام بنتيجة غير متماثلة ، يمكن الآن لإحدى الخلايا الوليدة الانقسام مرة أخرى واختيار مصير مختلف. عملية تبديل المصير هذه قد تكون أساسية لتفسير تعدد القدرات ".

سيستمر مختبر Reddien في التحقيق في آليات تحديد مصير الخلايا الجديدة ، بما في ذلك كيفية توافق التخصص مع توقيت دورة الخلية.

يقول ريدين: "إن فهم بنية سلالة الخلايا وكيفية اتخاذ خيارات المصير أمر أساسي لفهم بيولوجيا الخلايا الجذعية البالغة ، وكيف يمكن إحداث خلايا جديدة في سياق الإصابة والإصلاح". "هل يتعين عليهم المرور بمسارات طويلة ومعقدة للنسب؟ أم يمكنهم القيام بقفزات كبيرة في حالة من الخلايا الجذعية إلى الحالة النهائية؟ ما مدى مرونة ذلك؟ كل هذه الأشياء لها آثار محتملة لفهم بيولوجيا الخلايا الجذعية على نطاق واسع ، ونحن نأمل أن يسلط العمل الضوء على بعض هذه الآليات ويوفر فرصاً لاستكشاف المبادئ العامة في المستقبل ".


ماذا يعني مغفرة

المغفرة هي كلمة يستخدمها الأطباء غالبًا عند الحديث عن السرطان. هذا يعني أنه بعد العلاج لا توجد علامة على الإصابة بالسرطان.

قد تسمع طبيبك يتحدث عن مغفرة كاملة ومغفرة جزئية.

مغفرة كاملة

هذا يعني أنه لا يمكن اكتشاف السرطان في عمليات المسح أو الأشعة السينية أو اختبارات الدم أو الاختبارات الأخرى. يصف الأطباء هذا أحيانًا بأنه استجابة كاملة أو قد يقولون إنه لا يوجد دليل على المرض.

مغفرة جزئية

هذا يعني أن العلاج قد قتل بعض الخلايا ، ولكن ليس كلها. تقلص حجم السرطان ، ولكن لا يزال من الممكن رؤيته في عمليات الفحص ولا يبدو أنه ينمو.

قد يمنع العلاج السرطان من النمو. أو يمكن أن يكون العلاج قد جعل حجم السرطان أصغر بحيث يكون من المرجح أن تساعد العلاجات الأخرى ، مثل الجراحة أو العلاج الإشعاعي. هذا يسمى في بعض الأحيان استجابة جزئية.

مصطلح آخر يستخدمه الأطباء هو مرض مستقر. يمكن أن يعني هذا أن السرطان ظل بالحجم نفسه أو ربما نما بمقدار ضئيل.


تأخذ المحاور الشائكة السريعة الميتوكوندريا في جولة

الميتوكوندريا داخل محاور عصبية. الائتمان: studyblue.com

(Medical Xpress) - واحدة من أكثر الأدوات التي لا تصدق التي يمكن أن تلعب بها هي عصا التصوير الليفي التي تمسكها بالجانب السفلي من لسانك. من خلال ترتيب بصري شبه غامض ، يتيح لك الجهاز رؤية خلايا الدم الحمراء الخاصة بك وهي تضغط من خلال الشعيرات الدموية الدقيقة على شاشة أمامك - مباشرة وفي الوقت الفعلي. لقد ثبت الآن جيدًا أنه لفهم وظيفة الخلايا العصبية ، نحتاج إلى فهم الميتوكوندريا الخاصة بهم. لتكون قادرًا على مشاهدتها داخل الكائنات الحية بنفس الطريقة التي يمكننا بها الآن مشاهدة خلايا الدم لدينا سيكون تقدمًا ملحوظًا. ماريا ساجيك وزملاؤها في يونيفرسيتي كوليدج لندن قد فعلوا ذلك الآن بالضبط. في ورقة حديثة في بلوس بيولوجيا، يستخدمون أسلوبهم لتبديد بعض الالتباس المحيط بواحدة من أكثر القضايا إلحاحًا في علم الأحياء العصبي: ما هو تأثير نشاط التصاعد على الميتوكوندريا؟

في يوم الجمعة ، بحثنا في بعض الآليات التي يتحكم من خلالها نشاط الضخامة في تكوّن النخاع ، على الأقل في الخلايا العقدية الجذرية الظهرية المستزرعة (DRGs). من الصعب دراسة التأثيرات الكاملة للارتفاعات على ديناميكيات الميتوكوندريا في الأعصاب المستنبتة بالكامل لأن السلوك محل الاهتمام يلعب على نطاق واسع. في البشر على سبيل المثال ، يمكن أن نتحدث عن محاور يصل ارتفاعها إلى متر ، في الحيتان الزرقاء ، على بعد عدة أمتار. تمكنت ماريا ومجموعتها من عزل محاور DRG في العصب الصافن للفئران السليمة. يعمل العصب الصافن على تقوية الخلايا الحسية ، بما في ذلك أقراص Merkle الحساسة للكابساسيا في أجزاء من الساقين. مع هذا التحضير ، يمكنهم تنشيط التغصنات المتخصصة وتتبع الميتوكوندريا على مسافات طويلة. في خلايا DRG ، هذا التغصن هو في الحقيقة محور عصبي ، فقط المسامير التي تجريها تتقدم "بشكل معاكس" (نحو جسم الخلية) في التسمية المعذبة التي ما زلنا نستخدمها على ما يبدو حتى بالنسبة لهذه الآثار العصبية ذات البنية الفريدة التي تشبه اللافقاريات.

ولكن ما هو المهم في ديناميكيات الميتوكوندريا الخاصة بهم؟

لطالما تم وصف الدماغ من حيث التكنولوجيا السائدة اليوم. نجت مفاهيم ديكارت عن الأعصاب الهيدروليكية خلال عصر البخار والتروس والساعات ، لكنها أفسحت المجال في النهاية لمزيد من التشابه الحديث مع خطوط الهاتف ، ثم الكمبيوتر لاحقًا. نحن نعلم اليوم أن الخلايا العصبية هي في الواقع مجرد آلات رائعة لصنع قهوة Keurig والتي تنتج في الغالب ATP بدلاً من الكافيين. "الكؤوس K" أنفسهم ، الميتوكوندريا ، يرشون هذا العطاء مثل زعماء الغوغاء الخيرين أثناء تجوالهم في الطرق الجانبية العصبية. مثل الأكواب ، تأتي في عبوات متنوعة بوظائف متشابهة ، تنتهي صلاحيتها بسرعة مع الاستخدام ويتجه في النهاية إلى إعادة تدويرها.

الاستعارة تتأرجح مع الميتوكوندريا الحقيقية في أن طريقهم الفعلي إلى الزوال ليس مثل هذا الدمار الذي يمكن التنبؤ به ، ولا مفر منه ، وفي الوقت المناسب. في الخلايا العصبية الشبيهة بـ Keurig المتوازنة بشكل كبير ، تعيد آلاف الميتوكوندريا باستمرار إنشاء مزيجها الجزيئي الفريد من خلال عمليات الاندماج والانشطار (ربما يسمى بشكل أكثر ملاءمة موازنات الكتلة) التي تمزج محتوياتها وتجددها. لكن هناك القليل من هذه الصورة. نظرًا لأن الميتوكوندريا تتحرك حول المحور العصبي مثل سفن الحاويات الضخمة ثنائية الاتجاه التي توزع البضائع ، فإن هذه الموازنات الثابتة للكتلة لها تأثير صاف ليس فقط على النقل ، ولكن أيضًا لفرز وترشيح الحزم ذات العلامات من النواة. ربما تتضمن هذه المنتجات 1500 بروتين مشفر نوويًا ، وعددًا لا يحصى من الرنا المرسال النووي الذي يربط رحلة مع حاشية الميتوكوندريا الأكبر المرتبطة بالغشاء.

وجدت مجموعة Marija أنه أثناء تحفيزهم للخلايا العصبية DRG بسرعة تصل إلى 50 هرتز ، زاد عدد وسرعة الميتوكوندريا التي تتحرك في المرحلة المتقدمة (نحو مشابك قرص ميركل). أدى التحفيز المنخفض التردد إلى زيادة حركة الميتوكوندريا أيضًا ، ولكنه فعل ذلك بالتساوي في كلا الاتجاهين. وقد لوحظ أن البركة الثابتة للميتوكوندريا تميل إلى التناقص في الطول ، ويفترض أن ذلك نتيجة للانشقاقات اللازمة لتحصين التجمع المتنقل. قد يكون من المفيد أن نلاحظ هنا المدى الذي يمكن أن تصل إليه الميتوكوندريا بالفعل تنمو، في غياب الاندماج ، يصعب قياسه. عندما تنقسم الخلايا العادية ، فإنها تخضع عمومًا لما يمكن تسميته بإعادة تشغيل النظام ، وتبدأ بسرعة في اكتساب الكتلة. ومع ذلك ، في الميتوكوندريا ، لا يرتبط الانشطار ارتباطًا وثيقًا بتكرار خيوطها النووية المتعددة mtDNA.

فكرة أن مجموعة "جذعية" ، أو خزان ميتوكوندريا رئيسي ، قد توجد في مكان ما في حالة هدوء أيضي (وبالتالي حالة سليمة وغير تالفة) جذابة ، ولكن من الصعب إثباتها. يمكن لميتوكوندريا ابنة شبيهة بالجذع ناتجة عن نوع من الانقسام غير المتماثل ، من الناحية النظرية ، أن تظل في المنطقة النووية المجاورة حيث يمكنها بسهولة الحصول على التعليمات النووية وضخ التعزيزات. من المهم معرفة الكتلة الكلية للميتوكوندريا الموجودة في هذه المحاور ، والتغير النسبي في الكتلة الكلية لأنها ستعطي بعض المؤشرات على الطلب المتشابك. أشارت الملاحظات السابقة إلى أن الميتوكوندريا المهترئة ذات إمكانات الأغشية المنهارة تميل إلى العودة إلى الخلية للتحلل ، على الرغم من أن الأبحاث الجديدة قد أشارت الآن إلى أن هذه ليست القصة كاملة. لقد ذكرنا مؤخرًا عمل مارك إليسمان ، والذي أظهر أن الميتوكوندريا يتم نقلها إلى أسفل محاور ، وتسربها في نقاط الاشتباك العصبي ، ثم تلتقطها خلايا أخرى. من الواضح أن هناك حاجة ماسة إلى نظرية ، ربما معادلة للطاقة ، يمكن أن تأخذ في الاعتبار كل هذه الأنواع من السلوكيات.

كما تلاحظ Marija ، من الصعب تخيل أن النشاط المتزايد يمكن أن يستهدف بسرعة الميتوكوندريا لجميع المشابك المحورية. تذكر هنا أنه بالنسبة لخلايا DRG ، فهذه في الواقع مولدات إشارة ما بعد المشبكي لـ 200 بصيلة أو أكثر ، أو أقراص Merkel في مجالها. مع التعصيب الزائد ، قد يصل هذا إلى أكثر من 1000 فرع تضم مترًا أو نحو ذلك من مادة النوريت الجلدية. قد يكون أحد الاحتمالات هنا أنه إذا كان بإمكان نشاط الارتفاع أن يحل بشكل انتقائي السيتوبلازم في الفروع المعينة التي تم تحفيزها ، فيمكن ، من الناحية النظرية ، الحفاظ على مسار مقاومة ميكانيكية أقل بشكل عابر. تشير القياسات الفعلية للحرارة والحركات التي تطورت أثناء التموجات إلى أنه ليس فقط المحاور ، ولكن ربما المايلين ، يمكن أن يحمل بعضًا من طاقة جهد الفعل من خلال تغييرات الطور. فيما يتعلق بالمشابك ، قد يبدو واضحًا أن مجمل ما قبل المشبكي يحتاج إلى حصة عادلة من ATP لتغذية ديناميكيات الحاوية ، ولكن أقل وضوحًا هو طبيعة الطلب في فترة ما بعد المشبك. ومع ذلك ، كما أشرنا أعلاه ، فإن الميتوكوندريا لديها الكثير لتقدمه أكثر من مجرد ATP ، وهذا قد يفسر جزئياً وفرتها هنا.

تلاحظ ماريجا أن العديد من الأوراق البحثية حول الطاقة العصبية تأخذ في الاعتبار بشكل كبير الطاقة اللازمة لاستعادة إمكانات الغشاء بعد الطفرات ، ولكنها لا تذكر سوى طلب ATP للنقل المحوري. تم إثبات أن مولدات ATP القائمة على إنزيم GADPH تهتم بنقل الأوعية الآلية في المحاور ، ولكن يبدو أن الميتوكوندريا (ربما ليس من المستغرب) تتطلب ATP في الميتوكوندريا للنقل. لقد اقترحنا سابقًا أن أحد المبادئ التنظيمية للجهاز العصبي قد يكون أن الخلايا العصبية تميل إلى مطابقة الطاقة المغمورة في المحاور ، أي. من أجل المسامير والنقل ، مع عائد الاستثمار الذي يحصلون عليه في جميع نقاط الاشتباك العصبي الخاصة بهم. قد تقطع هذه الفكرة شوطًا طويلاً نحو شرح احتمالات الإطلاق المنخفضة الملحوظة للعديد من نقاط الاشتباك العصبي.

إن الارتباط الوثيق بين نشاط الارتفاع والانتقال الموجه للميتوكوندريا هو إثبات للعديد من البديهيات المنطقية حول عمليات الخلايا العصبية. قد توفر تغيرات الطور وموجات الضغط المرتبطة بالارتفاعات آليات إضافية حيث يمكن للميتوكوندريا غير المربوطة أن تتقدم بسرعة أسفل محور عصبي. إن ناقلات البروتينات التعاونية ، ولكن المزدحمة ، التي تتحرك على طول الأنابيب الدقيقة المزدحمة ومسارات الأكتين ، هي وسائل النقل العقائدية ، ولكن إثبات أنها لعبة في المدينة فقط قد ينتظر طرقًا أفضل. قد يسمح تصوير تبادل محركات الميوسين والكينيسين والدينامين في الميتوكوندريا مع تسميات أكثر دقة بربط أفضل لتغييرات الاتجاه بوحدات التحكم هذه.

مرة أخرى عندما كانت الخلايا العصبية لا تزال مجرد أجهزة كمبيوتر بسيطة تصدر صوتًا كهربائيًا بتات لا توصف لبعضها البعض عبر أسلاك محوار باردة ، لم يكن يُنظر إلى التموجات على أنها توليف هرمي لكل نشاط في الخلية وصولاً إلى النطاق الجزيئي الذي يمكن أن نقول عنه اليوم. بعبارة أخرى ، كانت الارتفاعات مجرد تقرير موجز عن المدخلات التي سيتم دمجها مع الوضع الحالي ، وتمريرها. عند فهم العلاقات الحميمة للميتوكوندريا بالارتفاعات (وكبار الشخصيات الجزيئية الأخرى مثل الكالسيوم) ، يمكننا الآن تفسيرها على نطاق أوسع على أنها رسائل متزامنة ترسلها خلية عصبية إلى نفسها ، ومن خلال ضمنيًا سكانها الممتدين مكانيًا. تزن نقاط الاشتباك العصبي هذه المعلومات بشكل كبير ولكن في النهاية ، ولكن مثل الكلية الانتخابية ، تضعف بجرعة كبيرة من الإدارة المحلية لمخرجاتها. لا يمكن إضفاء الطابع المثالي على الأحجام والمواضع داخل الخلية التي يتم نشر الميتوكوندريا عليها أو تجسيدها لتكون تلك المقاييس التي تقرر الخلايا العصبية أنها الأفضل لنفسها ، ولكن بالأحرى ما هو مطلوب ديناميكيًا حراريًا.

يمكن الآن إجراء العديد من التجارب المهمة لإجراء مزيد من التحقيق في ديناميكيات الميتوكوندريا الحية في الأنظمة السليمة. سيكون من المفيد النظر مباشرة إلى المحاور الأكثر تقليدية ، مثل تلك الموجودة في الخلايا العصبية الحركية ، وكذلك الأنظمة التغصنية البحتة ، مثل تلك الموجودة في خلايا بركنجي. يبدو أن التصور "الكهروتوني" البسيط لشجرة Purkinje الضخمة ، على سبيل المثال ، لا معنى له إذا ضاعت المخرجات المعلوماتية لعشرات الآلاف من المشابك العصبية المتشعبة عن طريق الاختناق من خلال النطاق الترددي المحدود للغاية للعمود الأساسي الفردي. يمكن أن يقال إن عنق الزجاجة مماثل موجود في المحور العصبي ، حيث يجب أن ينسق قطار سبايك واحد آلاف المؤثرات النهائية ، والتي يقوم العديد منها بعمل اتصالات زائدة عن الحاجة على نفس الهدف. إذا نظرنا بدلاً من ذلك إلى هذه المتاهات العصبية كأسباب إثبات للحزم الهندسية الدقيقة لعملية التمثيل الغذائي الغشائي التي نسميها الميتوكوندريا ، فقد نلمح إلى وظائفها الأكبر.

الملخص
تعتبر مطابقة العرض والطلب على الطاقة أمرًا بالغ الأهمية في توازن الطاقة الحيوية لجميع الخلايا. هذه مشكلة خاصة في الخلايا العصبية حيث قد تحدث مستويات عالية من إنفاق الطاقة في مواقع بعيدة عن جسم الخلية ، بالنظر إلى الطول الملحوظ للمحاور والتنوع الهائل في نشاط الدفع بمرور الوقت. يعد وضع الميتوكوندريا في المناطق ذات المتطلبات العالية من الطاقة حلاً أساسيًا لهذه المشكلة ، ولكن من غير المعروف كيف يرتبط ذلك بالتوصيل النبضي في الجسم الحي. Therefore, to study mitochondrial trafficking along resting and electrically active adult axons in vivo, confocal imaging of saphenous nerves in anaesthetised mice was combined with electrical and pharmacological stimulation of myelinated and unmyelinated axons, respectively. We show that low frequency activity induced by electrical stimulation significantly increases anterograde and retrograde mitochondrial traffic in comparison with silent axons. Higher frequency conduction within a physiological range (50 Hz) dramatically further increased anterograde, but not retrograde, mitochondrial traffic, by rapidly increasing the number of mobile mitochondria and gradually increasing their velocity. Similarly, topical application of capsaicin to skin innervated by the saphenous nerve increased mitochondrial traffic in both myelinated and unmyelinated axons. In addition, stationary mitochondria in axons conducting at higher frequency become shorter, thus supplying additional mitochondria to the trafficking population, presumably through enhanced fission. Mitochondria recruited to the mobile population do not accumulate near Nodes of Ranvier, but continue to travel anterogradely. This pattern of mitochondrial redistribution suggests that the peripheral terminals of sensory axons represent sites of particularly high metabolic demand during physiological high frequency conduction. As the majority of mitochondrial biogenesis occurs at the cell body, increased anterograde mitochondrial traffic may represent a mechanism that ensures a uniform increase in mitochondrial density along the length of axons during high impulse load, supporting the increased metabolic demand imposed by sustained conduction.


Are mitochondria the main contributor of reactive oxygen species in cells?

Physiologists often assume that mitochondria are the main producers of reactive oxygen species (ROS) in cells. Consequently, in biomedicine, mitochondria are considered as important targets for therapeutic treatments, and in evolutionary biology, they are considered as mediators of life-history tradeoffs. Surprisingly, data supporting such an assumption are lacking, at least partially due to the technical difficulties in accurately measuring the level of ROS produced by different subcellular compartments in intact cells. In this Commentary, we first review three potential reasons underlying the misassumption of mitochondrial dominance in the production of cellular ROS. We then introduce some other major sites/enzymes responsible for cellular ROS production. With the use of a recently developed cell-based assay, we further discuss the contribution of mitochondria to the total rate of ROS release in cell lines and primary cells of different species. In these cells, the contribution of mitochondria varies between cell types but mitochondria are never the main source of cellular ROS. This indicates that although mitochondria are one of the significant sources of cellular ROS, they are not necessarily the main contributor under normal conditions. Intriguingly, similar findings were also observed in cells under a variety of stressors, life-history strategies and pathological stages, in which the rates of cellular ROS production were significantly enhanced. Finally, we make recommendations for designing future studies. We hope this paper will encourage investigators to carefully consider non-mitochondrial sources of cellular ROS in their study systems or models.


What Are Mitochondria?

If you remember your days in freshman biology, you might recall that mitochondria are the "powerhouses" of your cells. The analogy is apt the role of mitochondria is to transform the food we eat into cellular energy. In fact, mitochondria produce about 90 percent of the energy that our cells need to survive.

But mitochondria don&apost stop at making energy they&aposre also essential in triggering cell death, an essential function that, when hindered, can lead to tumor growth and cancer.

And these are not the only health problems brought about by dysfunctional mitochondria. As David Asprey, founder of਋ulletproof, explains, mitochondrial dysfunction "appears to be at the heart of most illness and chronic disease."

“You can get mitochondrial dysfunction if you don’t have enough mitochondria, if the ones you have aren’t working well or if you don’t produce them consistently,” he explains. 𠇍isturbingly, research suggests half of people under the age of 40 have early onset mitochondrial dysfunction.”


Circular Mitochondrial Genome

As noted, one of the core arguments for endosymbiosis points to its circular genome. What is often not noted, however, are the cases where eukaryotic mitochondria have خطي genomes with eukaryotic telomeres (Rycovska وآخرون.، 2004 Nosek وآخرون.، 1998 Fukuhara وآخرون.، 1993). Indeed, two strains of the same species of yeast differ with respect to the linearity or circularity of their mitochondrial genome (Fukuhara وآخرون.، 1993 Drissi وآخرون.، 1994).

In the case of linear chromosomes, the DNA polymerase enzymes are unable to replicate right to the end of the chromosome. This is because the enzymes are unable to replace the lagging strand’s terminal RNA primer. Unless there is a mechanism for circumventing this, it will result in the chromosomes shortening after each round of replication (in eukaryotes, the enzyme telomerase attaches extra DNA to the chromosomal ends). This means that the transition from genome circularity to linearity — a fete in itself given the changes that have to be made to the mode of replication — must happen in concert with the evolution of a mechanism to prevent progressive chromosomal shortening. Such an evolutionary transition is far from trivial. Biologist Albert de Roos writes,

[I]n linear mitochondrial chromosomes various different mechanisms to “prevent” shortening exist, ranging from hairpin loops and self-priming to protein-assisted primer synthesis (see here). The telomeric regions of mitochondrial chromosomes do not seem to have a direct phylogenetic relation since they use other proteins and mechanisms than nuclear telomeres. Thus, it is difficult to deduce evolutionary pathways purely based on phylogenetic data on telomeres and mechanisms for end replication.

Furthermore, mitochondrial genes often فعل possess introns (Lang وآخرون.، 2007). These are particularly prevalent in the mtDNA of fungi and plants. The mitochondrial genetic code may also be slightly different from that of bacteria (Jukes and Osawa, 1990).


Better together: Mitochondrial fusion supports cell division

IMAGE: The dark patches in these images from the Patti laboratory are mitochondria. From left, the mitochondria in a non-dividing (quiescent) cell, fused mitochondria in a dividing cell, and mitochondria prevented. view more

Credit: Patti laboratory (Washington University in St. Louis) and eLife

Mitochondria are the powerhouses of the cell. And for mitochondria, much like for double-header engines stacked together in a steam train, working in multiples has its benefits.

New research from Washington University in St. Louis shows that when cells divide rapidly, their mitochondria are fused together. In this configuration, the cell is able to more efficiently use oxygen for energy. Fused mitochondria also churn out a biochemical byproduct, aspartate, that is key to cell division.

This work by researchers in the lab of Gary Patti, the Michael and Tana Powell Associate Professor of Chemistry in Arts & Sciences, was reported in a recent publication in the journal eLife. It illuminates the inner workings of dividing cells and shows how mitochondria combine to help cells to multiply in unexpected ways.

Given that cancer cells are known for dividing at a runaway pace, the new findings may have implications for cancer diagnosis and treatment.

"Most studies of proliferating cells are conducted in the context of cancer, where scientists are comparing a cancer tissue that's rapidly growing with normal tissue that surrounds the tumor or a normal tissue from a different patient," said Conghui Yao, a PhD candidate in Patti's lab at Washington University and first author of the new study. "These kinds of comparisons are physiologically relevant but have some disadvantages.

"A tumor is a very complicated thing, not only because it is made up of different kinds of cells, but also because the environment of a tumor is different from that of healthy tissue," she added.

For example, a tumor needs nutrients to grow, but it doesn't have the blood vessel infrastructure that typically supply other healthy tissues in the body. As a result, tumors are often starved for oxygen.

But even in the presence of abundant oxygen, cancer cells get energy through a relatively inefficient fermentation process. Instead of using oxygen to burn glucose in their mitochondria to get their juice, cancer cells use an "aerobic glycolysis" process that turns their glucose into lactate. This process is called the Warburg effect.

Although the phenomenon has been observed in rapidly dividing cells for more than 90 years, scientists still don't fully understand it. The earliest of explanations suggested that mitochondria in cancer cells are damaged in a way that prevents them from producing energy normally.

Yao was familiar with the Warburg effect and its implications. So when she set up an experimental system that allowed her to turn cell division on and off, she was surprised to see that her dividing cells were consuming a lot of oxygen.

"Much of the literature had suggested that dividing cells would do the opposite," Yao said. "So we looked into not only why our dividing cells were consuming more oxygen, but also how they were able to consume more oxygen."

Part of the beauty of Yao's initial experiment was its simplicity: She was able to measure metabolism in one specific type of cell under two distinct conditions -- when the cell was dividing and when it was not dividing. That's also how she was able to hone in on the particular structural change to mitochondria which was driving the efficiencies she observed.

"The dividing cells had the same amount of mitochondria per protein or per mass, compared to non-dividing cells," said Patti, whose research is focused on the biochemical reactions that underlie metabolism. "But we did notice when we imaged mitochondria in these dividing cells that they are significantly longer."

Longer because some adjacent mitochondria had fused into one -- making multiple, adjoined mitochondria into bigger, more efficient, energy-generating machines.

The other notable thing that "mega-mitochondria" are particularly good at creating, Yao discovered, is a molecule called aspartate that is essential for cells to replicate.

"Recent work from other labs has taught us that one of the most important reasons that dividing cells need to consume oxygen is to make aspartate. So it made sense to us that mitochondrial fusion in dividing cells would increase aspartate production," Yao said.

Yao and Patti are not the first to observe mitochondrial fusion. But they are among the first to interrogate mitochondrial fusion with sophisticated metabolomic technologies, enabling a molecular-level understanding of the process as it relates to cell division. The biochemical alterations they observed may represent processes that can be targeted in malignant cancer cells.

"It is often stated that rapidly dividing cancer cells increase fermentation at the expense of decreasing oxygen consumption for mitochondrial activity," Patti said. "Our results suggest that at least some rapidly dividing cells increase both processes under normal oxygenated conditions.

"Since utilization of nutrients by rapidly dividing cancer cells is the basis for various drugs and diagnostic tests, these findings may have important clinical significance and may represent a metabolic vulnerability in cancer," Patti added.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة على EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


شاهد الفيديو: #7 Mitochondria الميتوكوندريا. Biology (قد 2022).