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- Title
Relationship of hepatocyte ploidy levels with body size and growth rate in mammals.
- Authors
Vinogradov, A E; Anatskaya, O V; Kudryavtsev, B N
- Abstract
To elucidate possible causes of the elevation of genome number in somatic cells, hepatocyte ploidy levels were measured cytofluorimetrically and related to the organismal parameters (body size, postnatal growth rate, and postnatal development type) in 53 mammalian species. Metabolic scope (ratio of maximal metabolic rate to basal metabolic rate) was also included in 23 species. Body masses ranged 10[sup 5] times, and growth rate more than 30 times. Postnatal growth rate was found to have the strongest effect on the hepatocyte ploidy. At a fixed body mass the growth rate closely correlates (partial correlation analysis) with the cell ploidy level (r = 0.85, P < 10[sup –6] ), whereas at a fixed growth rate body mass correlates poorly with ploidy level (r = –0.38, P < 0.01). The mature young (precocial mammals) of the species have, on average, a higher cell ploidy level than the immature-born (altricial) animals. However, the relationship between precocity of young and cell ploidy levels disappears when the influences of growth rate and body mass are removed. Interspecies variability of the hepatocyte ploidy levels may be explained by different levels of competition between the processes of proliferation and differentiation in cells. In turn, the animal differences in the levels of this competition are due to differences in growth rate. A high negative correlation between the hepatocyte ploidy level and the metabolic scope indicates a low safety margin of organs with a high number of polyploid cells. This fact allows us to challenge a common opinion that increasing ploidy enhances the functional capability of cells or is necessary for cell differentiation. Somatic polyploidy can be considered a "cheap" solution of growth problems that appear when an organ is working at the limit of its capabilities.Key words: genome number, somatic polyploidy, nuclear ploidy, multinuclearity, metabolic scope.Afin d'examiner les causes possibles de l'accroissement du nombre de génomes dans les cellules somatiques, le niveau de ploïdie des hépatocytes a été mesuré par cytofluorométrie et comparé à différents paramètres (taille corporelle, taux de croissance post-natale et type de développement post-natal) chez 53 espèces de mammifères. La gamme métabolique, c'est-à-dire le rapport entre les taux métaboliques maximal et minimal, a également été examinée chez 23 espèces. Les masses corporelles variaient sur cinq ordres de grandeur et le taux de croissance le plus élevé était 30 fois plus grand que le plus faible taux parmi les animaux examinés. Le taux de croissance post-natal s'est avéré le paramètre qui avait l'effet le plus important sur le degré de ploïdie des hépatocytes. Pour une masse corporelle donnée, le taux de croissance est étroitement corrélé (en analyse de corrélation partielle) avec le niveau de ploïdie cellulaire (r = 0,85, P < 10[sup –6] ), tandis que pour un taux de croissance donné, la masse corporelle est faiblement corrélée avec le niveau de ploïdie (r = –0,38, P < 0,01). Les espèces à maturité précoce présentent, en moyenne, une ploïdie cellulaire supérieure à celle observée chez les espèces dont la progéniture est née immature. Cependant, la relation entre la précocité des jeunes et les niveaux de ploïdie disparaît lorsqu'on tient compte de l'influence du taux de croissance et de la masse corporelle. La variation interspécifique des niveaux de ploïdie chez les hépatocytes pourrait s'expliquer par différents degrés de compétition entre les processus de prolifération et de différenciation cellulaire. À leur tour, les différences entre animaux au niveau de cette compétition sont dues à des différences au niveau du taux de croissance. Une forte corrélation négative entre le degré de ploïdie des hépatocytes et la gamme métabolique indique une faible marge de sécurité au sein des organes qui présentent un grand nombre de cellules polyploïdes. Ce fait permet aux auteurs de remettre en cause l'opinion répandue selon laquelle un accroissement de la ploïdie augmenterait les capacités cellulaires ou serait nécessaire à la différenciation cellulaire. La polyploïdie somatique peut être vue comme étant une solution économique aux problèmes de croissance qui surviennent lorsqu'un organe fonctionne aux limites de ses capacités.Mots clés : nombre de génomes, polyploïdie somatique, ploïdie nucléaire, état multinucléé, gamme métabolique.[Traduit par la Rédaction]
- Subjects
PLOIDY; SOMATIC cells; LIVER cells; MAMMALS; POLYPLOIDY
- Publication
Genome, 2001, Vol 44, Issue 3, p350
- ISSN
0831-2796
- Publication type
Article
- DOI
10.1139/g01-015