Когда клетки говорят, они ждут своей очереди

Клеточная коммуникация необходима для развития любого организма. Ученые знают, что клетки могут "разговаривать" друг с другом, посылая сигналы через свои мембраны, чтобы "обсудить", какой тип клеток они в конечном итоге станут — нейроном, волосом, костью или мышцей. Поскольку клетки непрерывно размножаются, легко представить какофонию общения.

Однако, согласно доктору Давиду Спринзаку, новому сотруднику кафедры биохимии и молекулярной биологии Тель-Авивского университета, клетки знают, когда передавать сигналы, и когда замолчать, позволяя говорить другим клеткам. В сотрудничестве с исследователями из Калифорнийского технологического института доктор Спринзак обнаружил механизм, который позволяет клеткам переключаться из режима отправителя в режим получателя и наоборот, подавляя собственные сигналы, позволяя при этом получать информацию от других клеток, — контролируя свое развитие, как хорошо организованное деловое совещание.

Прорыв доктора Спринзака может привести к разработке противораковых препаратов, которые будут целенаправленно воздействовать на эти взаимодействия, дополнительно подавляя или стимулируя поток информации между клетками и потенциально останавливая неконтролируемое размножение раковых клеток. Исследование было опубликовано в журнале PLoS Computational Biology.

Прием и передача

Поведение клеток в коммуникации опосредуется "сигнальным путем Notch", одним из основных каналов связи между соседними клетками. Информация передается, когда рецепторы Notch одной клетки вступают в контакт с молекулами-сигналами Delta другой клетки. Однако, как обнаружил доктор Спринзак, когда те же молекулы Delta взаимодействуют с рецепторами Notch в той же самой клетке, они отключают свою активность и блокируют прием сигналов извне.

Исследователи решили выяснить, как это происходит. В лаборатории команда присоединила флуоресцентные белки как к Notch, так и к Delta, чтобы отслеживать поток информации. Они обнаружили, что рецепторы Notch и сигналы Delta фактически способны связываться друг с другом, эффективно отключая активность друг друга и заставляя клетки переходить либо в режим отправителя, либо в режим получателя.

"В одном состоянии клетка может отправлять сообщение, но не получать, а в другом — получать, но не отправлять. Они могут говорить или слушать, но не могут делать и то, и другое одновременно", — говорит доктор Спринзак.

Он сравнивает эту систему связи с рацией, где только один пользователь может быть "в эфире" в один момент времени.

Этот переключатель имеет решающее значение для того, чтобы помочь клеткам принимать решения "да-нет", в результате которых соседние клетки принимают различные судьбы. Такие решения о "судьбе клеток" ответственны за формирование границ между развивающимися тканями, например, между позвонками, защищающими наш позвоночник. Они также могут объяснять многие паттерны дифференцировки в организме, такие как расположение нейронов в мозге или сенсорных волосков во внутреннем ухе.

Этот процесс можно наблюдать в лаборатории в реальном времени. Измеряя флуоресценцию, можно увидеть, как уровни собственной активности Delta в клетке влияют на ее способность передавать сообщения соседям.

Понимание биологии через математические модели

Поведение в качестве отправителя или получателя, по словам доктора Спринзака, определяет не только то, как клетки дифференцируются в норме, но и то, как они дифференцируются в аномальных ситуациях, например, при росте раковых клеток.