Жизненно важная уборка: как клетки находят своё место в организме
Японские исследователи, возможно, нашли ответ на фундаментальный биологический вопрос о том, как отдельные клетки понимают, где им располагаться в сложном многоклеточном организме. В зависимости от роли клетки в общей структуре, её конечное местоположение определяют либо контактные, либо диффузные химические сигналы.
Превращение яйцеклетки и сперматозоида в целый организм требует не только деления. Растения, животные и люди состоят из триллионов клеток, тщательно организованных в ткани и органы. Каким-то образом каждая клетка знает, где её место, и обычно остаётся на нём.
Система слизевика
Слизевики предоставляют более простую модель для понимания позиционирования клеток. Отдельные клетки слизевика Dictyostelium discoideum могут жить независимо в почве. Когда еды не хватает, они собираются вместе и функционируют как многоклеточный организм.
Собравшись в комок (от 100 до 10 000 клеток), они дифференцируются на два типа:
- Пре-стеблевые клетки — в итоге образуют колонну, поддерживающую сферу.
- Пре-споровые клетки — образуют эту сферу.
Эту двухчастную структуру называют плодовым телом. Пре-стеблевые клетки погибнут, а пре-споровые унесутся ветром в поисках лучшей среды.
Два типа сигналов
Внутри комка клетки образуют длинные цепочки и движутся, погружённые в химический сигнал cAMP, который они сами выделяют. Этот диффузный сигнал привлекает клетки.
В новых экспериментах учёные извлекли клетки из комка и отследили, как отдельные клетки мигрируют в ответ на искусственные контактные и cAMP-сигналы.
- Когда формировались клеточные цепочки, ведущая клетка двигалась в направлении cAMP.
- Ведомые клетки не тянулись за ней, а активно толкали ведущую клетку вперёд.
«Контакт "клетка-клетка" активирует процессы движения. Ведомые клетки — это двигатель, а ведущие — руль, всегда указывающий направление на химический сигнал», — пояснил профессор Сатоси Савай.
Исследователи также помещали отдельные клетки с бусинами, покрытыми адгезивной молекулой. Все клетки прикреплялись и следовали за бусиной, как в цепочке. После добавления cAMP пре-стеблевые клетки отпускали бусину и двигались к источнику сигнала, а пре-споровые клетки игнорировали cAMP и крепко держались за бусину.
Команда Савая показала, что контакт «голова-хвост» между клетками направляет их миграцию, но cAMP каким-то образом переопределяет этот контакт только в пре-стеблевых клетках.
Это открытие важности клеточного контакта для активации движения и организации клеток открывает новые возможности для изучения формирования клеточных паттернов в таких процессах, как развитие эмбриона или распространение рака молочной железы.
Результаты опубликованы в Proceedings of the National Academy of Sciences.