Veranderingen in temperatuur kunnen de oorzaak zijn van primaire celdeling

Een eenvoudig mechanisme zou ten grondslag kunnen liggen aan de groei en zelfreplicatie van primaire cellen; vermeende voorouders van moderne levende cellen; Een studie gepubliceerd op 3 september in Biofysisch tijdschrift. Primaire cellen zijn blaasjes die worden begrensd door een dubbellaags membraan en zijn waarschijnlijk vergelijkbaar met de eerste eencellige gemeenschappelijke voorlopercellen (FUCA). Op basis van relatief eenvoudige wiskundige principes geeft het voorgestelde model aan dat de belangrijkste drijvende kracht voor de groei en reproductie van protocellen het temperatuurverschil is dat optreedt tussen de binnen- en buitenkant van de cilindrische protocel als gevolg van endogene chemische activiteit.

De eerste aanzet voor ons onderzoek was het identificeren van de belangrijkste krachten die de celdeling aandrijven. Dit is belangrijk omdat kanker wordt gekenmerkt door ongecontroleerde celdeling. Dit is ook belangrijk om de oorsprong van het leven te begrijpen.”

Roman Atal, auteur van de studie, Universcience

Celdeling om twee dochtercellen te vormen vereist de synchronisatie van vele biochemische en mechanische processen waarbij cytoskeletstructuren in de cel betrokken zijn. Maar in de geschiedenis van het leven zijn dergelijke complexe structuren een hightech luxe en moeten ze te laat zijn verschenen om te kunnen verdelen. Protocellen moeten een eenvoudig delingsmechanisme hebben gebruikt om hun reproductie te verzekeren, voordat genen, RNA, enzymen en alle complexe organellen die tegenwoordig bestaan, zelfs in de meest primitieve onafhankelijke levensvormen, verschenen.

In de nieuwe studie stelde Atal een model voor gebaseerd op het idee dat vroege levensvormen eenvoudige blaasjes waren die een specifiek netwerk van chemische reacties bevatten – een voorloper van het moderne cellulaire metabolisme. De belangrijkste hypothese is dat de moleculen waaruit de membraandubbellaag bestaat, in de protocel worden gesynthetiseerd door exotherme of exotherme chemische reacties.

De langzame toename van de interne temperatuur dwingt de hetere moleculen om van het binnenste blaadje naar het buitenste blaadje van de dubbellaag te gaan. Door deze asymmetrische beweging groeit het buitenste blaadje sneller dan het binnenste blaadje. Deze differentiële groei verhoogt de gemiddelde kromming en versterkt elke lokale samentrekking van de primaire cel totdat deze in tweeën splitst. Snijden vindt plaats in de buurt van de heetste regio, rond het midden.

“Het beschreven scenario kan worden gezien als een voorloper van mitose”, zegt Atal. “Omdat er geen biologische archieven zijn die tot 4 miljard jaar oud zijn, weten we niet precies wat FUCA bevat, maar het kan een blaasje zijn dat wordt begrensd door een lipidedubbellaag die een exotherme chemische reactie inkapselt.”

Hoewel puur theoretisch, kan het model empirisch worden getest. Men kan bijvoorbeeld fluorescerende deeltjes gebruiken om temperatuurveranderingen in eukaryote cellen te meten, waar mitochondriën de belangrijkste warmtebron zijn. Deze fluctuaties kunnen worden gekoppeld aan het begin van mitose en de vorm van het mitochondriale netwerk.

Als het wordt bevestigd door toekomstig onderzoek, zegt Attal, zal het model verschillende belangrijke implicaties hebben. “De belangrijke boodschap is dat de krachten die de evolutie van het leven aandrijven in wezen eenvoudig zijn”, legt hij uit. “De tweede les is dat temperatuurgradiënten belangrijk zijn in biochemische processen en dat cellen kunnen werken als thermische machines.”