Мелкие различия между исследованиями in vivo и in vitro приводят к большим последствиям

Мелкие различия между исследованиями in vivo и in vitro приводят к большим различиям в понимании диабета и других секреторных дисфункций.

Экзоцитоз — фундаментальный процесс секреции клетками гормонов, таких как инсулин, и других биологических веществ, — регулируется в живом организме совершенно иначе, чем в лабораторных культурах тканей и эксплантированных органах. Это показало исследование, представленное на 50-й ежегодной встрече Американского общества клеточной биологии (American Society of Cell Biology) в Филадельфии.

Неожиданное открытие, что регуляция экзоцитоза in vivo не совпадает с давно изучаемым процессом in vitro, напоминает о разрыве между экспериментами в лабораторной посуде и клеточной биологией живых животных и человека, — заявил Роберто Вайгерт (Roberto Weigert, Ph.D.) из Национального института стоматологических и черепно-лицевых исследований (National Institute of Dental and Craniofacial Research, NIDCR) NIH.

Во время экзоцитоза клетка упаковывает секретируемые вещества в везикулы, которые транспортируются к плазматической мембране (ПМ). Там везикулы сливаются с ПМ и высвобождают своё содержимое. Этот процесс десятилетиями изучался в экспериментах in vitro на культурах клеток и тканей.

Благодаря технологии интравитальной микроскопии (intravital microscopy) Вайгерт и его коллеги впервые смогли определить, как экзоцитоз фактически происходит в слюнных железах живой мыши.

Согласно предыдущим исследованиям in vitro на слюнных железах, множественные секреторные везикулы сливаются с ПМ, образуя цепочки. Этот процесс стимулируется двумя классами химических переключателей — мускариновыми и бета-адренергическими рецепторами.

Однако при изучении процесса in vivo учёные увидели, что секреторные везикулы сливаются с ПМ не цепочками, а по одной, и только под стимуляцией бета-адренергических рецепторов.

Дополнительные исследования in vivo показали, что для стадии слияния требуется сборка каркаса вокруг мембраны везикул. Этот каркас содержит актин (белок, образующий филаменты) и миозин II (белок, связывающийся с несколькими актиновыми филаментами). При сборке эти молекулы генерируют сократительную силу, которая толкает мембраны и доводит процесс слияния до завершения.

Молекулярные различия между in vivo и in vitro могут казаться незначительными, но способны иметь большое влияние, отметил Вайгерт. Это важно, поскольку экзоцитоз лежит в основе понимания секреторных дисфункций, таких как диабет, при котором инсулин транспортируется в секреторных везикулах.