Клетки по-разному реагируют на постепенный и острый стресс

Пионерское исследование учёных из Университета Вандербильта показывает, что клетки реагируют на острый стресс иначе, чем на постепенный. Эта работа устанавливает совершенно новый способ изучения межклеточной коммуникации (сигналинга) и может фундаментально изменить подходы биомедицинских исследований.

Исследование под руководством Александра Тимике и Грегора Нойерта опубликовано в журнале Science Advances. Учёные стремились выяснить, как клетки ведут себя в условиях постепенно меняющегося стресса по сравнению с условиями быстрых изменений.

«Это совершенно новый подход в биомедицинских исследованиях, — отметил Нойерт. — Это имеет серьёзные последствия как для понимания фундаментальных биологических вопросов, так и для разработки лекарств».

Тестирование препаратов на клетках в обычных лабораторных условиях часто вызывает резкие (острые) изменения, не соответствующие реальному взаимодействию лекарства с организмом человека. Это может привести к непредвиденным результатам и срыву клинических испытаний.

Создание условий, более близких к постепенным изменениям в природе, может ускорить перевод исследований из лаборатории в клинику и дать более качественные данные для скрининга лекарств.

В исследовании сравнивалась реакция иммунных клеток (из почек и кишечника) на постепенное и острое изменение концентрации соли в окружающей среде, что вызывает осмос — движение воды через клеточную мембрану.

Учёные отслеживали изменения 25 маркеров клеточного стресса и смерти, включая каспазы — семейство белков-предшественников гибели клеток.

Ключевые результаты:

• При постепенном стрессе погибает 60% клеток.
• При остром стрессе (той же конечной силы) погибает 90% клеток.

Механизм:

• При постепенном стрессе клетки успевают увеличить поглощение защитных аминокислот для борьбы с внеклеточным стрессом.
• При остром стрессе запускается программа контролируемой гибели клеток, не оставляющая времени на защиту.
• Если клеткам, подвергшимся острому стрессу, дать те же защитные аминокислоты, их выживаемость становится сопоставимой с клетками при постепенном стрессе.

Эта работа основана на предыдущих исследованиях лаборатории Нойерта, посвящённых реакции дрожжей на постепенный стресс (PNAS, 2021) и теоретическому описанию белковых сетей, реагирующих на стресс (iScience, 2020).

В дальнейшем Нойерт планирует продолжить изучение сигналинга стресса в клетках, уделив особое внимание дифференциальной регуляции и механике работы каспаз в острых и постепенных условиях.