Раскрыт клеточный секрет заживления ран на теле и внутри него
Клетки тела меняют свою форму, чтобы закрывать повреждения от ран и болезней. Часть клетки изгибается в зависимости от кривизны разрыва и организации внутренних структур клетки.
Эпителиальные клетки выстилают поверхности тела внутри и снаружи, образуя барьер, защищающий от физических повреждений, патогенов и обезвоживания. Они участвуют в усвоении питательных веществ, удалении отходов, а также в выработке таких веществ, как ферменты и гормоны.
Ученые выяснили, как природа «организовала» процесс заживления, чтобы он протекал максимально быстро и с наименьшими затратами. Для этого специальными методами создавались микроскопические разрывы в слоях клеток, а затем за ними наблюдали с использованием передовых технологий визуализации и математического моделирования. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Cell Biology.
Изменения структуры ЭПР влияют на режим миграции клеток.
- a) Репрезентативные изображения клеток со сверхразрешением (масштаб 10 мкм)
- b) Реакция на повреждения с вогнутыми краями
- c) Клетки, мигрирующие на выпуклом краю
Количественный анализ направленности микротрубочек в клетках (j).
Ключевую роль в этом играет эндоплазматический ретикулум (ЭПР) — внутриклеточная сеть мембран. Когда разрыв имеет выпуклую форму, ЭПР образует трубчатые структуры, а при вогнутом формирует плоские листовидные формы. Эти разные механизмы обусловлены силами сжатия на выпуклых краях и силами растяжения на вогнутых краях. При выпуклых краях разрыва клетки используют «ползучее» движение с широкими плоскими выростами, а при вогнутых краях происходит «стягивающее» движение, когда клетки сокращаются, чтобы сомкнуть края.
«Заживление ран — это важная реакция на повреждение. Наше исследование открывает новые пути для изучения механизмов закрытия эпителиальных разрывов и их влияния на здоровье и болезни, выявляя новую роль ЭПР в этом процессе», — подчеркнула Симран Равал из Института фундаментальных исследований Тата в Хайдарабаде, проводившая большую часть экспериментов.
«Это исследование началось с открытия, сделанного Симран, которая обнаружила центральную роль ЭПР в механотрансдукции — процессе, посредством которого клетки преобразуют механические стимулы из окружающей среды в биохимические сигналы. Механотрансдукция лежит в основе многих физиологических функций, включая осязание, слух и равновесие, а ее изучение в контексте коллективной миграции клеток раскрыло новую роль ЭПР в этом процессе», — пояснил профессор Тамал Дас из Института Тата.
«Роль ЭПР в движении клеток — это не только увлекательное научное открытие, но и потенциальный прорыв для различных методов лечения. Использование математических моделей для понимания самовосстановления клеток может привести к улучшению лечения ран, новым методам регенерации поврежденных тканей или лучшему пониманию распространения раковых клеток, что поможет разработать стратегии для предотвращения или замедления метастазирования», — добавил Прадип Кешаванараяна, разработавший математическую модель во время работы в Бирмингемском университете.
«Этот проект — отличный пример успешного междисциплинарного сотрудничества. Ранее мы изучали эндотелиальные монослои, выстилающие кровеносные сосуды, и исследовали, как механические и геометрические особенности влияют на разрывы в монослое, которые могут усиливать проницаемость. Эксперименты показали новую, неожиданную связь между формой органелл и клеток и поведением монослоя. Сочетание этих прекрасных экспериментов Симран и коллег с математической моделью, разработанной Прадипом, позволило выявить новый механизм восприятия механики и геометрии, опосредованный органеллами», — подытожил профессор Фабиан Спилл из Бирмингемского университета, руководивший исследованием.
