Клетки по-разному реагируют на раны разной формы, показало исследование

от

Когда на коже образуется рана, эпителиальные клетки, окружающие повреждение, согласованно перемещаются, чтобы закрыть этот разрыв. Границы таких разрывов могут иметь различную кривизну: они могут быть выпуклыми или вогнутыми. Интересно, что клетки, расположенные на выпуклых поверхностях, формируют большие мембранные выросты и ползут к пустому пространству, в то время как на вогнутой поверхности слой клеток сокращается вместе, стягивая края раны и постепенно закрывая разрыв.

Хотя конкретные механизмы движения клеток были хорошо задокументированы, оставалось неясным, как клетки вблизи разрывов реагируют так по-разному. Как что-то столь незначительное на микроскопическом уровне, как кривизна разрыва, в итоге определяет движение клеток для заживления раны?

Четыре года назад Симран Равал, аспирантка в лаборатории Тамала Даса в Институте фундаментальных исследований Тата в Хайдарабаде, Индия, решила внимательнее изучить, что происходит внутри эпителиальных клеток, когда они реагируют на разрывы различной формы в тканях.

Результаты исследования

Результаты этого исследования, опубликованные в журнале Nature Cell Biology, показывают, что крупнейшая внутриклеточная органелла — эндоплазматический ретикулум (ЭР) — ощущает кривизну разрыва в ткани и в ответ резко изменяет свою структуру: становится трубчатой, когда поверхность раны выпуклая, и уплощается в виде листовидных структур, когда поверхность раны вогнутая.

Эпителиальный барьер не только способен устранять большие разрывы в ткани размером в сантиметры, но и демонстрирует такую же дисциплину при запечатывании небольших разрывов микронного масштаба, вызванных экструзией одной или двух клеток из клеточного слоя.

Дас и Равал составили карту структурных изменений в конкретных органеллах — лизосомах, аппарате Гольджи, эндоплазматическом ретикулуме (ЭР) и митохондриях — чтобы лучше понять, что происходит внутри клетки, когда она реагирует на разрывы различной геометрии. Равал наблюдала, что среди этих органелл ЭР претерпевал наиболее резкие изменения в морфологии.

Поскольку структура ЭР клеток, расположенных на вогнутых краях, уплощена и имеет листовидную форму, Равал наблюдала, что происходит, когда это морфологическое реструктурирование нарушается и принудительно изменяется на трубчатые структуры. Клетки, которые ранее сокращались, что приводило к закрытию разрыва по типу «пурс-стринг», теперь переключили свой режим миграции и начали ползти к пустому разрыву.

Более детальный взгляд на другие внутриклеточные компоненты во время этого ремоделирования показал, что структурные изменения в ЭР зависели от изменения динамики как актина, так и микротрубочек — двух основных каркасов цитоскелета клетки. Однако в выпуклых краях разрыва микротрубочки играют более важную роль в преобразовании ЭР в трубчатые структуры.

Тем временем стало важно количественно оценить эти морфологические изменения и охарактеризовать механические сигналы, которые может испытывать клетка. Прадип Кешаванараяна из лаборатории Фабиана Спилля в Университете Бирмингема, Великобритания, разработал математическую модель, которая помогла количественно оценить напряжение в клетке, когда она начинает мигрировать к разрыву при различной кривизне.

В идеале клетка пытается достичь более низкой энергии деформации. Это исследование показало, как изменённые структуры ЭР на выпуклых и вогнутых поверхностях помогают снизить энергию деформации, которую испытывает клетка во время протрузии и сокращения.

ЭР как потенциальный механотрансдуктор

ЭР динамически охватывает всю клетку, начиная от ядерной оболочки и заканчивая периферией клетки как единое целое. Таким образом, любые резкие изменения его структуры могут оказывать механическое воздействие или запускать сигнальные каскады по всей клетке.

Это исследование показывает, что ЭР является потенциальным механотрансдуктором, действуя как связующее звено между механическим сигналом (в данном случае это геометрия раневого разрыва) и биохимическими изменениями внутри клетки, регулируя таким образом общий ответ клетки на внешний механический стимул.

Равал объясняет: «Давно известно, что цитоскелет является основным датчиком механических сигналов в клетках; было увлекательно обнаружить, что многочисленные внутриклеточные мембраносвязанные органеллы, такие как ЭР, известные своей обычной ролью в передаче сигналов кальция и синтезе белка, также реагируют на механические сигналы в окружающей среде и реорганизуются».

Большинство исследований, посвящённых заживлению ран, сосредоточены на биохимических сигналах и белковых взаимодействиях. Это исследование раскрывает неожиданного участника — форму ран. Результаты показывают, что физическая геометрия раны может влиять на то, как клетка перестраивает свои внутренние структуры, и на её решение о том, как двигаться при закрытии разрыва.

Исследование открывает новые возможности для исследований. Как говорит Дас: «Эта работа является частью наших более масштабных усилий по раскрытию неожиданных ролей клеточных органелл в формировании поведения тканей. Открытие Симран о том, что эндоплазматический ретикулум, структура, обычно известная своей ролью в синтезе белка, может ощущать геометрию раны и влиять на движение клеток, открывает множество захватывающих вопросов».

Могли бы ЭР или другие клеточные органеллы помочь определить, как формируются ткани в развивающемся эмбрионе? Могут ли подобные механизмы быть задействованы в восстановлении органов после травм? Могут ли другие органеллы выполнять аналогичные функции, о которых мы ещё не подозреваем? Это некоторые из важных вопросов, которые мы сейчас стремимся изучить.

Предоставлено Институтом фундаментальных исследований Тата

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте