به گزارش پایگاه اطلاع‌رسانی بنیان، محققان با استفاده از روش جدیدی که برای اندازه‌گیری جرم خشک سلول‌ها ایجاد کردند، دریافتند که سلول‌ها با ورود به مرحله تقسیم سلولی، حدود 4 درصد از جرم خود را از دست می‌دهند. آنها بر این باورند که این تخلیه زباله به سلول‌ها کمک می‌کند تا بدون زباله‌های انباشته‌شده در سلول مادر، «شروعی تازه» به فرزندانشان (سلول‌های جدید) بدهند. در واقع فرضیه آنها این است که سلول‌ها ممکن است چیزهایی را که در حال ساخت هستند، اجزای سمی یا فقط چیزهایی که به درستی عمل نمی‌کنند و نیازی به حضورشان در داخل سلول نیست، را بیرون بیاندازند. این امر می‌تواند به سلول‌های تازه متولد شده اجازه دهد تا با محتویات عملکردی بیشتری متولد شوند.

اندازه‌گیری جرم

اندازه‌گیری جرم خشک یک سلول یعنی وزن محتویات آن بدون احتساب آب؛ معمولاً با استفاده از تکنیک میکروسکوپی به نام میکروسکوپ فاز کمی انجام می‌شود. این تکنیک می‌تواند رشد سلولی را اندازه‌گیری کند، ولی اطلاعاتی در مورد محتوای مولکولی توده خشک نشان نمی‌دهد و استفاده از آن برای سلول‌هایی که به صورت معلق رشد می‌کنند، دشوار است.

محققان در مطالعه جدید خود در صدد بودند که این روش را به گونه‌ای تطبیق دهند تا بتوان از آن برای محاسبه جرم خشک سلول‌ها و همچنین چگالی جرم خشک استفاده کرد. حدود 10 سال پیش، پژوهشگران کشف کرده بودند که اگر سلول را ابتدا در آب معمولی و سپس در آب سنگین (که به جای هیدروژن معمولی حاوی دوتریوم است) اندازه‌گیری کنند، می‌توانند جرم خشک سلول را محاسبه کنند. از این دو اندازه‌گیری می‌توان برای محاسبه جرم خشک سلول استفاده کرد. ولی از آنجایی که آب سنگین برای سلول‌ها سمی می‌باشد، تنها اندازه‌گیری واحد به ازای هر سلول را می‌توان انجام داد. بنابراین سال گذشته، محققان MIT تصمیم گرفتند تا ببینند آیا می‌توانند سیستمی طراحی کنند که در آن سلول‌ها را بتوان به طور مکرر با حداقل قرار گرفتن در معرض آب سنگین اندازه‌گیری کرد.

در سیستمی که آنها ارائه کردند، سلول‌ها به دلیل آنکه در کانال‌های میکروسیال جریان می‌یابند برای مدت زمان کوتاهی در معرض آب سنگین قرار می‌گیرند و تنها یک ثانیه طول می‌کشد تا سلول به طور کامل محتوای آب خود را مبادله کند. لذا محققان می‌توانند (در این شرایط) زمانی که سلول پر از آب سنگین می‌باشد، جرم آن را اندازه‌گیری نمایند و همچنین آن را با جرم موجود در آب معمولی مقایسه کنند و نهایتاً جرم خشک را محاسبه کنند. محققان می‌گویند:" اگر قرار گرفتن سلول‌ها در معرض آب سنگین را به حداقل برسانیم، می‌توانیم سیستم را طوری مهندسی کنیم که بتوانیم این اندازه‌گیری را در بازه‌های زمانی طولانی بدون آسیب رساندن به سلول تکرار کنیم. این کشف برای اولین بار ما را قادر ساخت که نه تنها جرم خشک یک سلول را ردیابی کنیم، کاری که دیگران با استفاده از روش‌های میکروسکوپی انجام می‌دهند؛ بلکه چگالی جرم خشک را نیز که به ما از ترکیب زیست مولکولی سلول اطلاع می‌دهد نیز ردیابی کنیم".

محققان نشان دادند که اندازه‌گیری جرم خشک آنها، از نظر کیفی با کار قبلی که با استفاده از میکروسکوپ فاز کمی انجام می‌گردید، مطابقت دارد و علاوه بر ارائه چگالی توده خشک، روش تیم MIT وضوح زمانی بالاتری را ممکن می‌سازد که برای آشکار کردن دینامیک در طول میتوز (تقسیم سلولی) مفید است.

بیرون انداختن زباله‌های سلولی

در سلول‌هایی که تحت میتوز قرار می‌گیرند، محققان از روش جدید خود برای بررسی آنچه که در طول این فرآیند برای توده و ترکیب سلولی اتفاق می‌افتد استفاده کردند. در مقاله‌ای در سال 2019، میتینن و مانالیس (Miettinen and Manalis) دریافتند که با شروع میتوز، جرم شناور اندکی افزایش می‌یابد. با این حال، مطالعات دیگری که از میکروسکوپ فاز کمی استفاده کردند، نشان دادند که سلول‌ها ممکن است جرم خشک را در اوایل تقسیم سلولی حفظ کنند یا از دست بدهند.

در مطالعه جدید، تیم MIT سه نوع سلول سرطانی را که مطالعه آنها آسان‌تر بود، اندازه‌گیری نمود؛ زیرا این سلول‌ها بیشتر از سلول‌های سالم تقسیم می‌شدند. در کمال تعجب، محققان دریافتند که در واقع جرم خشک سلول‌ها با ورود به چرخه تقسیم سلولی کاهش می‌یابد. البته این توده، بعدها قبل از اینکه تقسیم سلولی کامل شود؛ مجدداً بازیابی می‌گردد.

آزمایش‌های بیشتر نشان داد که با ورود سلول‌ها به میتوز، فعالیت فرآیندی به نام اگزوسیتوز لیزوزومی در سلول‌ها افزایش می‌‌یابد. لیزوزوم‌ها اندامک‌های سلولی هستند که محصولات زائد سلولی را تجزیه یا بازیافت می‌کنند و اگزوسیتوز فرآیندی است که آن‌ها برای دفع مولکول‌هایی که دیگر مورد نیاز نیستند استفاده می‌کنند.

محققان همچنین دریافتند که میزان چگالی جرم (توده) سلول‌ها با از دست دادن جرم خشک آنها، افزایش می‌یابد و آنها را به این باور ‌رساند که سلول‌ها، مولکول‌های با چگالی کم مانند لیپیدها یا لیپوپروتئین‌ها را از دست می‌دهند. آنها فرض می‌کنند که سلول‌ها از این فرآیند برای پاکسازی مولکول‌های سمی قبل از تقسیم استفاده می‌کنند. محققان می‌گویند: "آنچه که مشاهده می‌کنیم این است که سلول‌ها ممکن است سعی کنند اجزای آسیب‌دیده را قبل از تقسیم خارج کنند".

محققان حدس می‌زنند که یافته‌های آنها می‌تواند به توضیح اینکه چرا نورون‌هایی که تقسیم نمی‌شوند و احتمال بیشتری برای تجمع پروتئین‌های سمی مانند تاو (Tau) یا آمیلوئید بتا دارند (که با ایجاد بیماری آلزایمر مرتبطند)؛ کمک کند. این یافته‌ها همچنین می‌تواند به سرطان نیز مرتبط باشد: سلول‌های سرطانی می‌توانند برخی از داروهای شیمی‌درمانی را با استفاده از اگزوسیتوز دفع کنند و این فرآیند به آن‌ها کمک می‌کند تا در برابر داروها مقاوم شوند. به صورت تئوری نیز جلوگیری از رخ دادن اگزوسیتوز قبل از تقسیم سلولی می‌تواند به حساس‌تر کردن سلول‌های سرطانی به چنین داروهایی کمک کند.

بیماری‌هایی وجود دارند که ممکن است بخواهیم اگزوسیتوز را تنظیم کنیم، به عنوان مثال در بیماری‌های تخریب‌کننده عصبی، اما بیماری‌هایی مانند سرطان وجود دارند که شاید بخواهیم آن را کاهش دهیم.

میتینن (Miettinen) محقق اصلی این طرح و نویسنده اول این مطالعه می‌گوید: بیماری‌هایی وجود دارند که ممکن است بخواهیم اگزوسیتوز را در آنها افزایش دهیم مثلاً در بیماری‌های عصبی، از طرفی بیماری‌هایی مانند سرطان نیز وجود دارند که شاید بخواهیم این فرآیند را در آن کاهش دهیم.

پایان مطلب/

 Ref:

1. Miettinen, T.P., et al. (2022) Single-cell monitoring of dry mass and dry mass density reveals exocytosis of cellular dry contents in mitosis. eLife. doi.org/10.7554/eLife.76664.
2. https://www.news-medical.net/news/20220510/Cells-do-a-little-cleanup-before-mitosis.aspx.