Сотрудничество и конкуренция: как клетки плода и матери эволюционировали для совместной работы
Материнско-фетальный интерфейс — это место встречи клеток матери и плода во время беременности. Долгое время он рассматривался как зона конфликта, где плацента — орган плода — вторгается в организм матери для доступа к питательным веществам.
Это необычная ситуация, поскольку в норме иммунная система должна отторгать чужеродные клетки. Во время беременности они толерируются. Однако клетки матери также ограничивают это вторжение до оптимального состояния. Эта борьба продолжалась миллионы лет эволюции.
В последнем выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences команда под руководством Кшитиза, доцента биомедицинской инженерии в Школе стоматологической медицины UConn, демонстрирует, что беременность — это не только конфликт между матерью и ребёнком, а скорее тонкий баланс сотрудничества и конкуренции, который эволюционировал со временем для обеспечения успешной беременности.
В исследовании также участвовали постдоки Ясир Сухаил и Вэньцян Ду, а также Гюнтер Вагнер из Йеля и Джунаид Афзал из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF).
Вагнер, бывший заведующий кафедрой эволюционной биологии в Йеле, и Кшитиз ранее утверждали, что для поддержания беременности должно существовать сотрудничество между матерью и плодом. Хотя научное сообщество в основном говорило о генетическом конфликте, доказательств сотрудничества, которое модулирует этот конфликт, не хватало.
«Материнско-фетальный интерфейс — так называется взаимодействие плаценты и матки — похож на неразрешённую границу между странами. Существует огромная разница между разными видами, чего не наблюдается ни для какого другого органа», — сказал Кшитиз.
В ожидании беременности эндометрий проходит процесс децидуализации — утолщения ткани, которое женщины испытывают в каждом менструальном цикле. Этот процесс отложения матрикса предотвращает чрезмерное вторжение клеток плаценты в эндометрий. Афзал и Ду показали, что клетки плаценты влияют на собственные клетки матери, заставляя их разрушать свой собственный матрикс — неожиданное открытие.
«Именно это активное убеждение со стороны клеток плаценты заставило клетки эндометрия матери снизить собственную защиту, секретируя белок, что было так удивительно», — сказал Вагнер.
Сухаил смоделировал молекулярные взаимодействия между клетками плаценты и эндометрия как задачу потока электричества, определив ключевую схему, лежащую в основе этой манипуляции.
«Редко и отрадно видеть такое тесное интегрированное сотрудничество между вычислениями и экспериментом. Моя модель была создана на основе экспериментальных данных, а открытие было подтверждено экспериментами», — сказал Сухаил.
В теории игр смесь конкуренции и сотрудничества известна как «коопетиция». Исследователи обнаружили, что материнско-фетальный интерфейс является местом множества клеточных взаимодействий, которые воплощают истинное значение коопетиции.
Кшитиз отмечает беседу с профессором экономики из Великобритании доктором Аншуманом Чутани, который рассказал ему об обширной литературе по эконометрике, посвящённой коопетиции.
«Это термин, который мы с радостью позаимствовали, — сказал Кшитиз. — Это не просто сотрудничество со стороны эндометрия, а индуцированное сотрудничество между конкурентами».
На материнско-фетальном интерфейсе клетки плода активно убеждают материнские клетки прекратить строить защитную ткань, чтобы клетки плода могли эффективно внедряться в плаценту и получать питательные вещества. Ключевым моментом является то, что это взаимодействие не происходит само по себе — оно зависит от готовности собственных клеток матери реагировать на сигналы, исходящие от плаценты. Это доказывает, что инвазия плаценты — это скорее комбинация конкуренции и сотрудничества между материнскими и фетальными тканями, а не просто зона конфликта, как считалось ранее.
Это открытие не только проливает свет на осложнения беременности, связанные с проблемами инвазии плаценты, такие как приращение плаценты и преэклампсия, но также может иметь более широкие последствия для понимания метастазирования рака и того, как некоторые виды рака вторгаются в организм.
«Это исследование, совместно проведённое учёными из UConn Health, Йеля и UCSF, может изменить то, как мы думаем о конфликте между поколениями, прямо тогда, когда плод ещё находится в утробе матери», — сказал Кшитиз.