Undersøgelse finder udbredt celle kannibalisme og relaterede fænomener på tværs af livets træer
I et nyt review-papir beskriver Carlo Maley og Arizona State University-kolleger celle-i-celle-fænomener, hvor en celle opsluger og nogle gange forbruger en anden. Undersøgelsen viser, at tilfælde af denne adfærd, herunder celle kannibalisme, er udbredt over hele livets træ.
Resultaterne udfordrer den almindelige opfattelse af, at celle-i-celle-hændelser stort set er begrænset til kræftceller. Disse begivenheder ser snarere ud til at være almindelige på tværs af forskellige organismer, fra encellede amøber til komplekse flercellede dyr.
Den udbredte forekomst af sådanne interaktioner i ikke-kræftceller antyder, at disse hændelser ikke i sagens natur er "egoistisk" eller "kræftfremkaldende" adfærd. Tværtimod foreslår forskerne, at celle-i-celle-fænomener kan spille en afgørende rolle i normal udvikling, homeostase og stressrespons på tværs af en lang række organismer.
Undersøgelsen argumenterer for, at målretning af celle-i-celle-hændelser som en tilgang til behandling af kræft bør opgives, da disse fænomener ikke er unikke for malignitet.
Ved at demonstrere, at hændelser spænder over en bred vifte af livsformer og er dybt rodfæstet i vores genetiske sammensætning, inviterer forskningen os til at genoverveje grundlæggende begreber om cellulært samarbejde, konkurrence og multicellularitetens indviklede natur. Studiet åbner nye veje for forskning i evolutionær biologi, onkologi og regenerativ medicin.
Forskningen, offentliggjort i Scientific Reports , er den første til systematisk at undersøge celle-i-celle-fænomener på tværs af livets træ. Gruppens resultater kan hjælpe med at omdefinere forståelsen af cellulær adfærd og dens implikationer for multicellularitet, kræft og selve livets evolutionære rejse.
"Vi kom først ind i dette arbejde, fordi vi lærte, at celler ikke kun konkurrerer om ressourcer - de dræber og spiser aktivt hinanden," siger Maley. "Det er et fascinerende aspekt af kræftcellernes økologi. Men yderligere udforskning afslørede, at disse fænomener sker i normale celler, og nogle gange dør ingen af cellerne, hvilket resulterer i en helt ny type hybridcelle."
Maley er forsker ved Biodesign Center for Biocomputing, Security and Society; professor ved School of Life Sciences ved ASU; og direktør for Arizona Cancer Evolution Center.
Undersøgelsen blev udført i samarbejde med førsteforfatter Stefania E. Kapsetaki, tidligere hos ASU og nu forsker ved Tufts University, og Luis Cisneros, tidligere hos ASU og i øjeblikket forsker ved Mayo Clinic.
Fra egoistisk til samarbejdende celleinteraktioner
Celle-i-celle hændelser er længe blevet observeret, men er stadig dårligt forstået, især uden for sammenhængen med immunresponser eller cancer. De tidligste gener, der er ansvarlige for celle-i-celle-adfærd, går mere end 2 milliarder år tilbage, hvilket tyder på, at fænomenerne spiller en vigtig – men endnu ikke fastlagt – rolle i levende organismer. At forstå de forskellige funktioner af celle-i-celle hændelser, både i normal fysiologi og sygdom, er vigtig for at udvikle mere effektive kræftbehandlinger.
Gennemgangen dykker ned i forekomsten, den genetiske underbygning og den evolutionære historie af celle-i-celle-fænomener og kaster lys over en adfærd, der engang blev anset for at være en anomali. Forskerne gennemgik mere end 500 artikler for at katalogisere de forskellige former for celle-i-celle-fænomener observeret på tværs af livets træ.
Undersøgelsen beskriver 16 forskellige taksonomiske grupper, hvori celle-i-celle adfærd viser sig at forekomme. Celle-i-celle-begivenhederne blev klassificeret i seks forskellige kategorier baseret på graden af slægtskab mellem værts- og byttecellerne, såvel som resultatet af interaktionen (om en eller begge celler overlevede).
Et spektrum af celle-i-celle-adfærd fremhæves i undersøgelsen, lige fra helt egoistiske handlinger, hvor en celle dræber og forbruger en anden, til mere samarbejdsvillige interaktioner, hvor begge celler forbliver i live. For eksempel fandt forskerne bevis på "heterospecifikt drab", hvor en celle opsluger og dræber en celle af en anden art på tværs af en bred vifte af encellede, fakultativt flercellede og obligatoriske flercellede organismer. I modsætning hertil var "konspecifik drab", hvor en celle forbruger en anden celle af samme art, mindre almindeligt, observeret i kun tre af de syv undersøgte taksonomiske hovedgrupper.
Obligate flercellede organismer er dem, der skal eksistere i en flercellet form gennem hele deres livscyklus. De kan ikke overleve eller fungere som enkeltceller. Eksempler omfatter de fleste dyr og planter. Fakultative flercellede organismer er organismer, der kan eksistere enten som enkeltceller eller i flercellet form afhængigt af miljøforhold. For eksempel kan visse typer alger leve som enkeltceller under nogle forhold, men danne flercellede kolonier i andre.
Holdet dokumenterede også tilfælde af celle-i-celle-fænomener, hvor både værts- og bytteceller forblev i live efter interaktionen, hvilket tyder på, at disse hændelser kan tjene vigtige biologiske funktioner ud over blot at dræbe konkurrenter.
"Vores kategorisering af celle-i-celle-fænomener på tværs af livets træ er vigtig for bedre at forstå udviklingen og mekanismen af disse fænomener," siger Kapsetaki. "Hvorfor og præcis hvordan sker de? Dette er et spørgsmål, der kræver yderligere undersøgelse på tværs af millioner af levende organismer, inklusive organismer, hvor celle-i-celle-fænomener måske endnu ikke er blevet søgt efter."
Gamle gener
Ud over at katalogisere de forskellige celle-i-celle-adfærd, undersøgte forskerne også den evolutionære oprindelse af generne involveret i disse processer. Overraskende nok fandt de ud af, at mange af de centrale celle-i-celle gener opstod længe før udviklingen af obligatorisk multicellularitet.
"Når vi ser på gener forbundet med kendte celle-i-celle mekanismer i arter, der afveg fra den menneskelige slægt for meget lang tid siden, viser det sig, at de menneskelige ortologer (gener, der udviklede sig fra et fælles forfædres gen) typisk er forbundet med normale funktioner af multicellularitet, såsom immunovervågning," siger Cisneros.
I alt blev 38 gener associeret med celle-i-celle-fænomener identificeret, og 14 af disse opstod for over 2,2 milliarder år siden, før den fælles forfader til nogle fakultativt flercellede organismer. Dette tyder på, at det molekylære maskineri for celle kannibalisme udviklede sig før de store overgange til kompleks multicellularitet.
De gamle celle-i-celle-gener identificeret i undersøgelsen er involveret i en række cellulære processer, herunder celle-celle-adhæsion, fagocytose (opslukning), intracellulært drab af patogener og regulering af energimetabolisme. Denne mangfoldighed af funktioner indikerer, at celle-i-celle-begivenheder sandsynligvis spillede vigtige roller selv i encellede og simple flercellede organismer længe før fremkomsten af komplekst flercellet liv.
Flere oplysninger: Stefania E. Kapsetaki et al., Celle-i-celle-fænomener på tværs af livets træ, Scientific Reports (2024). DOI:10.1038/s41598-024-57528-7
Journaloplysninger: Videnskabelige rapporter
Leveret af Arizona State University
Sidste artikelForskere opdager skjulte skridt i dinosaurfjer-evolutionen
Næste artikelChokolade, der udnytter kakaofrugtens fulde potentiale
Varme artikler
-
Computersimuleringer afslører rødderne til lægemiddelresistensBakterielle efflux -pumper, som f.eks P. aeruginosa MexAB-OprM pumpe vist her, er en af de dominerende molekylære mekanismer, der er tilgængelige for gramnegative patogener til fjernelse af toksin -
Hvordan den oprindelige folks praksis med god ild kan hjælpe vores skove til at trivesEn side-by-side sammenligning af Yosemite i 1872 i forhold til 2020. Trædækket i området er blevet kraftigt udvidet. Kredit:University of California I de sidste mange år har Californien været udsat -
Forskere optrævler mysterier om DNA-replikation i majsEmily Wear, en forsker ved Institut for Plante- og Mikrobiologisk Biologi, har 3 dage gamle majsfrøplanter, der blev brugt i hendes eksperimenter. Kredit:North Carolina State University DNA-replik -
Når det kommer til truslen om udryddelse, størrelse betyder nogetUdryddelsesrisikoen er større for dyr i den lille og store ende af skalaen. Kredit:Oliver Day, Oregon State University Dyr i Guldlok-zonen - hverken for store, heller ikke for lille, men lige den
- Videnskabelige eksperimenter på osmose af en kartoffel
- Radikalt lukket flydesign kunne se grønnere himmel tage flugten
- Ny forskning tyder på, at Pluto bør omklassificeres som en planet
- Overraskende spinadfærd ved stuetemperatur
- Nanokrystaller bliver bedre, når de fordobles med MOF'er
- Sporgasser fra havet er kilde til partikler, der accelererer klimaændringerne i Antarktis