Исследователи раскрыли, как клетки кишечника строят поверхность для поглощения питательных веществ

Исследователи из Университета Вандербильта обнаружили, как клетки кишечника формируют специализированную структуру — "щеточную кайму". Это плотный массив пальцевидных выступов (микроворсинок), покрывающий поверхность клеток кишечника и критически важный для всасывания питательных веществ и защиты от патогенов. Результаты, опубликованные 10 апреля в журнале Cell, раскрывают роль молекул адгезии в сборке щеточной каймы и углубляют понимание кишечных патологий, связанных с наследственными и инфекционными заболеваниями.

Ключевые открытия:

• Используя сканирующую электронную микроскопию, ученые наблюдали, как микроворсинки, начиная формироваться, слипаются кончиками, образуя небольшие кластеры, похожие на типи. Со временем эти кластеры растут, пока вся поверхность клетки не покроется микроворсинками одинаковой высоты.
• На микрофотографиях были видны нитевидные связи, соединяющие кончики микроворсинок, образуя "сеть соединений".
• В качестве молекул, опосредующих это взаимодействие, были идентифицированы два белка семейства кадгеринов: протокадгерин-24 и муцин-подобный протокадгерин.
• Экспериментальное снижение уровня протокадгерина-24 в культуре клеток разрушало щеточную кайму: микроворсинки формировались, но были упакованы неплотно и имели разную длину.
• В биохимических экспериментах было обнаружено, что кадгерины взаимодействуют с двумя белками внутри микроворсинок: моторным белком, связанным с цитоскелетом клетки, и адаптерным белком гармонином. Эти связи необходимы для локализации кадгеринов на кончиках микроворсинок.

Связь с человеческими заболеваниями:

• Белок гармонин ранее изучался за его роль в соединении выступов волосковых клеток внутреннего уха. Генетические мутации, нарушающие функцию гармонина, вызывают синдром Ашера — форму наследственной глухоты-слепоты.
• У пациентов с синдромом Ашера также наблюдаются плохо охарактеризованные кишечные заболевания.
• Исследователи обнаружили, что у мышей, лишенных гармонина (модель болезни Ашера), щеточная кайма в кишечнике сформирована плохо или отсутствует на некоторых участках.
• Это позволяет предположить, что проблемы с ультраструктурой щеточной каймы могут быть причиной кишечных симптомов у пациентов с синдромом Ашера.

Значение:

• Открытие объясняет, как микроворсинки достигают удивительно одинаковой длины: они связываются кончиками, что не позволяет одной обогнать другую.
• Работа дает основу для понимания того, как контролировать морфологию кишечной поверхности и как ее восстанавливать при повреждениях, например, патогенами, разрушающими щеточную кайму и вызывающими диарею.
• Исследователи изучают, действует ли аналогичный адгезивный комплекс при сборке щеточной каймы в других эпителиальных тканях, например, в почках.