Physiker stellen fest, dass Organellen in zufälligen Schüben wachsen

Eukaryotische Zellen – diejenigen, aus denen das meiste Leben besteht, wie wir es kennen, einschließlich aller Tiere, Pflanzen und Pilze – sind hochgradig strukturierte Objekte.

Diese Zellen bauen ihre eigenen kleineren, inneren Teile zusammen und erhalten sie aufrecht: die membrangebundenen Organellen wie Kerne, die genetische Informationen speichern, oder Mitochondrien, die chemische Energie erzeugen. Aber es bleibt noch viel darüber zu lernen, wie sie sich in diesen räumlichen Kompartimenten organisieren.

Physiker der Washington University in St. Louis führten neue Experimente durch, die zeigen, dass eukaryotische Zellen durchschnittliche Schwankungen der Organellengröße robust kontrollieren können. Durch den Nachweis, dass Organellengrößen einer universellen Skalierungsbeziehung gehorchen, die die Wissenschaftler theoretisch vorhersagen, legt ihr neuer Rahmen nahe, dass Organellen in zufälligen Ausbrüchen aus einem begrenzten Pool von Bausteinen wachsen.

Die Studie wurde am 6. Januar veröffentlicht Briefe zur körperlichen Überprüfung.

„In unserer Arbeit schlagen wir vor, dass die Schritte, mit denen Organellen gezüchtet werden – weit davon entfernt, eine geordnete ‚Stein-für-Stein‘-Anordnung zu sein – in stochastischen Ausbrüchen auftreten“, sagte Shankar Mukherji, Assistenzprofessor für Physik in Arts & Sciences.

„Solche Bursts schränken grundsätzlich die Präzision ein, mit der die Organellengröße gesteuert wird, halten aber auch das Rauschen in der Organellengröße innerhalb eines engen Fensters“, sagte Mukherji. „Das stoßartige Wachstum stellt einen allgemeinen biophysikalischen Mechanismus bereit, durch den Zellen im Durchschnitt zuverlässige und dennoch plastische Organellengrößen aufrechterhalten können.“

Organellen müssen flexibel genug sein, damit die Zellen wachsen oder schrumpfen können, wie es die Umgebung verlangt. Dennoch muss die Größe der Organellen innerhalb gewisser Grenzen gehalten werden. Biologen haben zuvor bestimmte molekulare Faktoren identifiziert, die die Größe von Organellen regulieren, aber diese Studie liefert neue Einblicke in die quantitativen Prinzipien, die der Steuerung der Größe von Organellen zugrunde liegen.

Während diese Studie knospende Hefe als Modellorganismus verwendete, ist das Team gespannt darauf, zu erforschen, wie diese Zusammenbaumechanismen bei verschiedenen Arten und Zelltypen genutzt werden. Mukherji sagte, dass sie planen, zu untersuchen, was uns diese Robustheitsmuster darüber lehren können, wie man die Anordnung von Organellen für biotechnologische Anwendungen nutzt und wie man Defekte in der Biogenese von Organellen im Zusammenhang mit Krankheiten erkennt.

„Das Muster der Robustheit der Organellengröße wird von angehender Hefe und menschlichen iPS-Zellen geteilt“, sagte Mukherji. „Die zugrunde liegenden molekularen Mechanismen, die diese Ausbrüche erzeugen, müssen noch vollständig aufgeklärt werden und sind wahrscheinlich organellenspezifisch und möglicherweise artspezifisch.“