Тайна регенерации тканей раскрыта спустя пятьдесят лет исследований
Эпителиальная ткань — это слой клеток, который покрывает кожу и внутренние органы. Она умеет восстанавливаться даже после серьезных повреждений. В 1970-х годах ученые заметили это на личинках плодовых мушек: после сильного облучения их крылья могли полностью отрастать заново. С тех пор подобная способность наблюдалась у многих животных, включая млекопитающих, но до сих пор оставалось непонятным, как именно клетки управляют этим процессом на молекулярном уровне.
Выжившие клетки DARE
Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, под руководством доктора Цлила Брауна из Института науки Вейцмана выявило особый тип клеток, которые активируют программу самоуничтожения, но при этом не погибают. Эти клетки получили название DARE (Damage-Activated Resistant Cells).
«Мы хотели отследить клетки, которые начинают процесс апоптоза, но все же переживают радиацию», — объясняет Браун.
С помощью генетических датчиков исследователи обнаружили, что через четыре часа после облучения небольшое число клеток DARE остается живым. Через сутки их количество достигает максимума, а за следующие 48 часов их потомки восстанавливают почти половину поврежденной ткани.
Клетки DARE работают не сами по себе. Рядом с ними есть и другой тип устойчивых клеток — NARE. Они тоже переживают повреждение, но не запускают тот же «сигнал тревоги», что DARE. Эти клетки помогают восстановлению ткани, однако без DARE процесс регенерации вообще не стартует. При этом погибающие клетки посылают сигналы, которые подталкивают DARE к выживанию и делению. В итоге восстановление ткани происходит за счет согласованной работы разных клеток, а не усилиями одного типа.
Механизм выживания
Апоптоз — это запрограммированная гибель клетки, которая обычно запускается при повреждении или старении. Ключевую роль здесь играют каспазы — ферменты, действующие как «молекулярные ножницы», расщепляющие белки клетки. Инициирующая каспаза активирует исполнительные каспазы, и они разрушают клеточные структуры, приводя к гибели клетки.
«В DARE инициирующая каспаза активна, но процесс не доходит до разрушения клетки», — поясняет профессор Эли Арама.
В клетках белок-мотор действует как «держатель» для каспазы, прикрепляя ее к мембране и не давая активироваться другим разрушительным белкам, которые вызывают гибель клетки. Если убрать этот белок, клетки DARE погибают, и процесс восстановления ткани останавливается. При этом ученые заметили, что в некоторых агрессивных опухолях этот белок слишком активен, что помогает раковым клеткам выживать и обходить естественный механизм саморазрушения.
Последствия для рака
Механизм DARE помогает понять, почему рецидивирующие опухоли становятся более устойчивыми после лечения. Потомки клеток DARE оказались в семь раз более стойкими к гибели, чем исходные клетки.
«Это объясняет, почему лучевая терапия иногда не приводит к полному уничтожению опухоли и почему рецидивы могут быть более агрессивными», — говорит Арама.
Баланс между ростом и контролем
Регулирование роста тканей — ключевой фактор успешной регенерации. Ученые показали, что DARE стимулируют рост соседних клеток NARE, а NARE, в свою очередь, подавляют избыточное размножение DARE. Такая петля отрицательной обратной связи предотвращает неконтролируемый рост и позволяет восстановленной ткани сохранять правильную форму и функциональность.
Механизмы, открытые на мухах, напоминают процессы регенерации у млекопитающих. В человеческой коже и эпителии кишечника также наблюдается активация каспаз для замещения поврежденных клеток. Эти открытия показывают, что стратегия выживания клеток при повреждении — эволюционно древняя и широко распространенная.
Перспективы для медицины
Исследование открывает новые пути для терапии ран и заболеваний. Понимание того, как клетки балансируют между выживанием и апоптозом, может помочь ускорить восстановление после травм, хирургических вмешательств и ожогов. Кроме того, изучение DARE и NARE может привести к разработке более эффективных методов борьбы с раком, предотвращающих рецидивы и повышающих чувствительность опухолей к лечению.
«Наши данные показывают, что контроль каспаз — это не только о смерти клетки, но и о регенерации тканей. Эти знания помогут понять, как восстановить ткани после повреждений и как сделать терапию рака более точной и безопасной», — заключает Арама.
