Ученые выяснили, о чем «разговаривают» клетки

Понимание того, как клетки общаются между собой, позволяет получить представление о том, каким образом впервые появились на свет все формы жизни, а также выяснить происхождение некоторых заболеваний.

В течение миллиардов лет жизнь в основном существовала в виде микроскопических одиночных клеток. Затем клетки «обнаружили», что в их объединении есть сила. Тогда они начали собираться вместе, чтобы сформировать многоклеточные организмы способами, которые первоначально были простыми, но со временем становились все более и более сложными.

Далее клетки начали группироваться внутри этих агрегатов и выполнять специализированные функции, такие как координация движения и удаление отходов.

Все эти первоначальные шаги, в конечном счете, привели к эволюции разнообразных органов и тканей, которые теперь находятся в наших телах и во всех других многоклеточных животных.

Переход от самодостаточной свободной живой клетки к клеточной команде, которая должна постоянно работать вместе очень сложным способом явился глобальным изменением. Чтобы достичь такого уровня координации, клеткам любого многоклеточного организма необходимо общаться друг с другом. Только постоянно контактируя со своими соседями, клетка может знать, где она должна быть и что ей нужно делать в любой данный момент времени.

Так как же клетка, которая привыкла жить одна, научилась поддерживать разговор? И на каком языке она общалась? На эти вопросы попыталась ответить исследовательская группа из Мельбурнского университета.

Для начала ученые стали выяснять границу, на которой происходит этот диалог между клетками и обратили внимание на мембраны, которые, как оказалось, не являются пассивными барьерами. Они усеяны множеством белков, которые помогают клетке контролировать окружающую среду, чтобы она могла реагировать, если внешние условия изменяются.

Эти поверхностные белки часто должны группироваться сложным образом, чтобы функционировать, и сложность этого процесса поверхностной организации резко возросла, когда жизнь перешла от одной клетки к многоклеточной.

Внезапно клеткам потребовалось не только организовать свою поверхность, чтобы заботиться о себе, но и координировать связь со своими соседями.

Изменения в организации клеточной поверхности, позволившие обеспечить сложную коммуникацию, необходимую для многоклеточной жизни, в значительной степени неизвестны. Это вопрос, который ученые стремятся расшифровать, потому что он так фундаментален для понимания эволюции человека.

Для этого исследователи обратили свое внимание на удивительную группу белков на поверхности клетки, называемых тетраспанинами.

Тетраспанины — это белки клеточной поверхности, основная функция которых заключается в организации всего сущего. Подобно кубикам Lego, тетраспанины собираются в сложные структуры, прилипая друг к другу и к другим белкам в мембране.

Чистый эффект заключается в том, что поверхностные белки принимают более сложные и упорядоченные структуры, когда тетраспанины находятся рядом, и они, по-видимому, предпочтительно организуют поверхностные белки, необходимые для клеточной коммуникации. Это включает в себя белки, которые контролируют, как клетки склеиваются, как они перемещаются друг вокруг друга или как они получают информацию из окружающей среды.

Но самое поразительное в тетраспанинах — это их история. Считается, что это семейство белков впервые возникло в самых ранних многоклеточных организмах. Различные типы многоклеточной жизни — от растений до грибов и животных – сохранили эти тетраспаниновые белки на протяжении сотен миллионов лет эволюции, что обычно является признаком того, что эти белки делают что-то важное.

Напротив, лишь немногие одноклеточные организмы обладают тетраспанинами. Очевидно, что то, как они организуют клеточную поверхность, критически важно для многоклеточной жизни. Преимущественная ассоциация тетраспанинов с белками, необходимыми для связи, означает, что эти поверхностные изменения, вероятно, влияют на то, как взаимодействуют клетки.

В ближайшее время ученые планируют провести серию экспериментов, чтобы получить точное представление о поверхностных структурах, которые позволяют клеткам общаться в многоклеточном организме. Для этого они продолжат изучение тетраспанинов.

В конечном итоге проведенные опыты должны будут дать ключ к пониманию того, какие типы поверхностных структур могут способствовать диалогу между клетками. Затем можно будет специально блокировать эти индивидуальные поверхностные паттерны с помощью точно изготовленных наночастиц и посмотреть, как это изменяет межклеточные взаимодействия.

Эти поверхностные паттерны могут формировать «слова» клеточного разговора, и, блокируя их, мы можем измерить их индивидуальный вклад в передачу информации между клетками.

На самом философском уровне ответы на вопросы, касающиеся эволюции многоклеточности, помогут понять, как люди и все другие формы многоклеточной жизни впервые появились на свет.

Кроме того, в более широком смысле нарушение межклеточного диалога может лежать в основе таких заболеваний, как рак, когда клетки часто перестают прислушиваться к указаниям своих соседей. Поэтому исследование должно помочь понять, откуда появляется та или иная болезнь и как эффективно с нею бороться.

Фото — lmnmed.ru