Кишечные клетки неожиданно активны в добыче питательных веществ и защите

Каждая клетка, выстилающая тонкий кишечник, покрыта тысячами плотно упакованных микроворсинок, образующих щёточную кайму для всасывания питательных веществ и защиты от бактерий. В выпуске Journal of Cell Biology от 29 июня 2009 года Мэтью Макконнелл, Мэтью Тыска и их коллеги обнаружили, что микроворсинки расширяют свою функциональную активность, используя молекулярный мотор для отправки везикул с кишечными ферментами в просвет кишечника, чтобы начать расщепление субстратов заранее.

Традиционно микроворсинки рассматривались как пассивные структуры, увеличивающие площадь поверхности кишечной стенки. Моторный белок миозин-1a (myo1a) поддерживает эту структуру, связывая плазматическую мембрану с актиновыми филаментами.

В 2007 году Тыска и коллеги обнаружили, что myo1a в изолированных щёточных каймах активно перемещает мембрану вдоль микроворсинок, подобно «мембранному эскалатору». К их удивлению, на вершине этих эскалаторов — кончиках микроворсинок — мембрана отщеплялась, образуя мелкие везикулы, которые высвобождались в окружающую среду.

Сканирующая электронная микроскопия кишечника крыс показала выпячивания на кончиках микроворсинок, похожие на формирующиеся везикулы. Анализ содержимого кишечника выявил везикулы, обогащённые ферментом щёточной каймы — кишечной щелочной фосфатазой (IAP). Везикулы были наполнены классическими мембранными белками щёточной каймы, такими как аминопептидазы и ферменты, перерабатывающие сахара, что указывало на их происхождение из микроворсинок. Также в везикулах содержались белки вроде аннексина A13, которые могут изгибать клеточные мембраны и быть частью аппарата образования везикул.

Один белок, определённо участвующий в формировании везикул, — это myo1a. У мышей с нокаутом этого гена везикулы в просвете всё ещё образуются, но они имеют нерегулярный размер и больше не обогащены специфическими белками, такими как IAP. Тыска полагает, что эти везикулы представляют собой неспецифически отщепляемые фрагменты мембраны микроворсинок, которые не удерживаются актиновым каркасом в отсутствие myo1a.

Макконнелл и др. показали, что упакованные в везикулы ферменты экспонированы на их внешней поверхности и каталитически активны. Высвобождение ферментов в везикулах может улучшить их смешивание с субстратами в содержимом кишечника. Тыска особенно заинтересован в IAP, который, как недавно выяснилось, способен детоксифицировать липополисахарид — компонент внешней мембраны бактерий. Высвобождение IAP в просветные везикулы может быть важным механизмом защиты от кишечных патогенов.