Как растительные клетки регулируют свой размер

Во время пролиферации размер клеток зависит от баланса между ростом и делением. До сих пор остается неясным механизм, который используют клетки для поддержания постоянного размера на протяжении многих поколений. Исследователи из Великобритании и Испании изучили механизм регуляции размера клеток меристемы стебля модельного растения Arabidopsis thaliana.

При пролиферации клеток меристемы часто происходят асимметричное деление, в результате которого образуются дочерние клетки неравного размера. Авторы работы показали, что более крупные из дочерних клеток проходят фазу G1 клеточного цикла быстрее, чем мелкие. Более того, в течение фазы G1 обе асимметричные дочерние клетки достигают нормального для вида размера. Исследователи предположили, что компенсаторный эффект обусловлен более быстрым ростом мелких дочерних клеток, однако найти корреляцию между скоростью роста и исходным размером клетки не смогли. Они заключили, что клетки регулируют длительность фазы G1 в зависимости от своих размеров, чтобы на момент перехода в S-фазу иметь объем, необходимый для нормального деления.

В клетках млекопитающих переход G1/S и регуляция размера дочерних клеток связаны с «разбавлением» концентрации белка ретинобластомы (Rb). Гомологи Rb есть и у растений, а в задержке перехода клетки в S-фазу им помогают белки KRP, которые ингибируют активность циклинов D. Исследователи заметили, что концентрация одного из этих белков, KRP4, отрицательно коррелирует с размером клетки. Более того, они показали, что при асимметричном делении дочерние клетки получают одно и то же количество KRP4, поэтому в меньшей из них концентрация KRP4 оказывается выше. Равное разделение KRP4 оказалось обусловлено тем, что он связывается с митотическими хромосомами.

В последние часы перед делением уровень KRP4, сшитого с флуоресцентным тегом mCherry, увеличивался, продолжал расти в начале фазы G1 и снижался до минимума к моменту перехода G1/S. Уровень белков KRP находится под контролем белка FBL17, регулирующего их протеолиз. При подавлении экспрессии гена FBL17 клетки достигают аномально больших размеров. Авторы работы показали, что именно FBL17 препятствует избыточному накоплению KRP4 в клетках в фазе G2.

Ученые создали модель, объясняющую, как KRP4 регулирует размер клеток. В конце фазы G2 в материнской клетке KRP4 связывается с хромосомами и поровну разделяется между дочерними клетками. В меньшей из них концентрация KRP4 оказывается повышена, и он ингибирует удвоение ДНК в клетке до того момента, пока она не достигнет размера, при котором возможно нормальное клеточное деление. FBL17 регулирует деградацию свободного KRP4. Модель подтвердили на экспериментах с мутантными клетками.

Авторы работы предполагают, что подобный механизм с другими компонентами может регулировать размер клеток у разных организмов, включая млекопитающих.