Близки ли мы к корням раковых заболеваний?

В рамках междисциплинарного исследовательского проекта, осуществляемого в Тель-Авивском университете, исследователи из Школы ботаники Факультета естественных наук им. Джорджа С. Уайза, совместно с коллегами медицинского факультета им. Саклера изучали процесс роста корней растений. Исследователи онко-заболеваний разработали вычислительную модель, адаптированную для использования с клетками растительных корней. С помощью модели они смогли впервые в мире продемонстрировать в разрешении одной клетки, что корень растет с завинчиванием - как сверло, пробивающее стену.

По результатам эксперимента исследователи онко-заболеваний выдвинули гипотезу, что раковые клетки также получают развитие благодаря спиральному движению, с целью проникнуть в здоровые ткани вокруг опухоли или сформировать метастазы в различных органах тела. Исследование проводилось под руководством профессора Эйлона Шани из Школы растениеводства и продовольственной безопасности и профессора Илана Царфати из отдела клинической микробиологии и иммунологии Тель-Авивского университета в сотрудничестве с исследователями из США, Австрии и Китая. Статья была опубликована в марте 2021 года в журнале Nature Communications.

Значительный прорыв в исследовании растений - и в войне с раком тоже?

Исследователи группы профессора Шани во главе с доктором Янцзе Ху использовали в качестве модели растение, известное как Резуховидка (Arabidopsis). Они пометили ядра клеток корня флуоресцентным белком и наблюдали за процессом роста и перемещением клеток на кончике корня с помощью мощного микроскопа. Чтобы изучить, что вызывает и контролирует движение, исследователи сосредоточились на гормоне ауксин, регулирующем рост растений. Они создали генетическую систему, активирующую продукцию ауксина в ряде избранных типов клеток, а затем отследили влияние механизма включения / выключения в четырех измерениях - трех пространственных измерениях и измерении времени. После каждого случая биосинтеза ауксина каждую из тысячи клеток записывали на видео от 6 до 24 часов. Таким образом, накопился большой массив данных.

Видео: Процесс роста и движения клеток у кончика корня с помощью микроскопа

На следующем этапе исследователям помогли вычислительные инструменты, разработанные профессором Царфати с целью мониторинга развития раковых образований с помощью анализа изображений, полученных в ходе исследования. Таким образом, исследователи смогли впервые пронаблюдать движение корня в виде спирали, на подобии штопора. Также удалось определить количественно и нанести на карту около 30 пространственных и временных параметров роста корня, включая скорость, ускорение, длину, изменения во времени, клеточную структуру, координацию между клетками в процессе роста. С помощью флуоресцентных передатчиков, исследователи даже смогли точно оценить движение и влияние ауксина на корень, а том числе каким именно образом он контролирует процесс роста.

«Разработанные для исследования рака вычислительные инструменты впервые позволили нам точно определить и измерить кинетику роста растений и раскрыть механизмы контроля роста в разрешении одной клетки. Таким образом мы продвинулись в исследовании растений - первостепенной с экологической, сельскохозяйственной и гуманитарной точки зрения сферы для человека,» - сказал профессор Шани.

«Наше сотрудничество можно назвать настоящей синергией. Исследование приносило пользу и просвещало всем участникам.Получив результаты исследования растений, мы в настоящее время изучаем возможность подобного винтообразного движения раковых клеток и метастазов в процессе их проникновения в соседние здоровые ткани,» - добавил профессор Царфати.