Обнаружена клеточная система обнаружения и реагирования на яды и патогены

Две исследовательские группы из Massachusetts General Hospital (MGH) совместно с учёными из Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружили ранее неизвестную систему, с помощью которой животные обнаруживают и реагируют на патогены и токсины. В трёх статьях, опубликованных в журналах Cell и Cell Host & Microbe, описаны доказательства того, что нарушения ключевых функций клеток животных запускают иммунный и детоксикационный ответ, а также поведенческие изменения.

"Рассмотрение многих заболеваний через призму этой вновь открытой системы в конечном итоге позволит переосмыслить расстройства из нескольких областей медицины как аномальные реакции на токсины и бактерии", — говорит Гэри Рувкун, PhD, старший автор статьи в Cell от 13 апреля. Хотя первоначальные исследования проводились на круглом черве C. elegans, многие из выявленных регуляторных факторов присутствуют и у человека.

Эксперименты лаборатории Рувкуна, описанные в Cell, показали, что инактивация с помощью РНК-интерференции клеточных компонентов, участвующих в ключевых функциях (например, трансляции мРНК в белки на рибосомах или выработке энергии в митохондриях), не только останавливала рост и размножение C. elegans, но и заставляла червей избегать бактерий E. coli, которые они обычно потребляют. Некоторые из этих компонентов являются известными мишенями химических или белковых токсинов, производимых бактериями и грибами. Показано, что C. elegans демонстрирует такое же избегающее поведение при воздействии доброкачественной E. coli, дополненной любым из нескольких природных химических токсинов.

Дополнительные эксперименты выявили, что инактивация этих ключевых клеточных компонентов индуцирует экспрессию генов, участвующих в реакции врождённой иммунной системы на специфические токсины и патогены, даже при их фактическом отсутствии. Исследователи предполагают, что наблюдаемая поведенческая реакция C. elegans аналогична тому, как другие животные избегают еды, когда чувствуют недомогание, независимо от того, является ли пища его источником. Фундаментальная клеточная система слежения, реагирующая на нарушение основных функций, а не на сам токсин, могла бы защищать от ранее не встречавшихся патогенов.

Одна из статей в Cell Host & Microbe от группы Фредерика Озубела, PhD, сообщает о схожих результатах. Потребление C. elegans E. coli, экспрессирующей ингибирующий синтез белка токсин патогена P. aeruginosa, активировало пути генов врождённого иммунитета, которые также индуцируются антибиотиками, ингибирующими синтез белка, от других патогенов. Эти пути не активировались неактивной версией токсина, не влияющей на синтез белка, что указывает на то, что иммунный ответ вызывает именно нарушение этой ключевой клеточной активности, а не присутствие самого токсина. Сопровождающее исследование группы Эмили Трёмель, PhD, показало, что тот же токсин P. aeruginosa также активирует синтез ключевого иммунного регулятора, непосредственно стимулируя ответ против токсина.

Рувкун отмечает, что эти генетические пути реагирования на патогены и их токсины, вероятно, важны для многих человеческих болезней. Индивидуальные вариации в ответах на токсины патогенов могут объяснять неконтролируемое воспаление и органную недостаточность при сепсисе и токсическом шоке. Активация этих путей также может лежать в основе тошноты — возможно, человеческого аналога избегания C. elegans пищи с токсинами, — что является серьёзной проблемой как в разработке лекарств, так и при использовании текущих терапий, например, химиотерапевтических препаратов.

"Этот генетический анализ того, как обнаруживаются токсины и какие сигналы генерируются, может выявить новые эндокринные пути у червя и соответствующие версии у человека", — говорит Рувкун. "Дальнейшее изучение может показать, как эти эндокринные сигналы связаны с реакцией человека на лекарства, и соответствует ли эндокринное состояние этих стимулированных к избеганию животных состоянию людей, "отравленных" токсинами патогенов. Идентификация генетических компонентов этого избегающего поведения может привести нас к открытию эндокринологии, стоящей за чувством недомогания, и новых способов облегчить эту универсальную реакцию".