Молекулярный "подушка безопасности" защищает клетки от механического стресса

Ученые из Национального центра сердечно-сосудистых исследований (CNIC) определили молекулярные механизмы, позволяющие клеткам выживать при механическом стрессе. Результаты, опубликованные в Nature Communications, показывают, что клетки производят молекулы, действующие как своего рода "подушка безопасности" в ответ на механическое воздействие. Без этой защитной и адаптивной системы сердце, подверженное непрерывным механическим силам, "не смогло бы правильно выполнять свою роль по перекачиванию крови", — пояснил ведущий автор Мигель Анхель дель Посо. Первый автор Асьер Эчарри добавил, что результаты "показывают важность выявления молекулярных механизмов, защищающих клетки от механического стресса".

Многие физиологические процессы, такие как эмбриональное развитие, заживление ран, гомеостаз органов, накопление липидов и мышечная активность, связаны с воздействием разнообразных и потенциально повреждающих механических сил. Все живые организмы и составляющие их клетки подвержены физическим силам, как механическим, так и электромагнитным.

Клетки человека способны воспринимать, адаптироваться и реагировать на механические силы. Дель Посо говорит: "Эти силы иногда могут быть чрезмерными, подвергая клетки механическому стрессу, который может разорвать клеточную мембрану и привести к гибели пораженных клеток. Чтобы избежать этого разрыва и, следовательно, предотвратить гибель клеток, природа развила молекулярные сенсоры, которые активируются в ответ на эти силы и запускают адаптивные и защитные процессы. Цель этого ответа — адаптировать клетки к этим силам до того, как они вызовут повреждение ткани или органа".

Исследование выявило относительно крупные складчатые или морщинистые структуры, окружающие клетки, которые могут разворачиваться или расправляться при растяжении клетки, обеспечивая ей дополнительное покрытие, предотвращающее разрыв при чрезмерном растяжении. "Это можно сравнить с аккордеоном, который раскрывается при растяжении, предотвращая разрыв", — пояснили исследователи. Эти складки функционируют как своего рода "подушка безопасности", смягчая воздействие чрезмерного механического стресса на клетки.

Команда также определила молекулы, участвующие в этом механизме, которые позволяют клеткам воспринимать механическую силу и инициировать биохимические изменения, необходимые для адаптации к механическому стрессу.

Исследование проводилось совместно с ученым CNIC Хорхе Алегре-Себольядой и исследователями из Института Пастера в Париже, Университета Квинсленда в Австралии и Международного центра физики в Сан-Себастьяне. Команда определила молекулы с противоположными функциями: "Одна из молекул (FBP17) защищает клетку от механического стресса, тогда как другая (ABL) делает клетку более чувствительной к этим силам", — сказал Дель Посо.

Обе молекулы, работая упорядоченно, "координируют изменения в клеточной оболочке, защищая клетку и клеточный скелет, придавая ему структуру и твердость, необходимые для сопротивления механическому стрессу", — сказал доктор Эчарри.

Авторам также удалось изменить количество или активность этих молекул в клетках человека. Подавление действия ABL увеличивало защиту от механического стресса, тогда как ингибирование FBP17 делало клетки более чувствительными.

Результаты важны, потому что знания о том, как клетки защищены от механического стресса, "позволят нам лучше понять молекулярную основу таких заболеваний, как некоторые формы мышечной дистрофии, кардиомиопатии, а также легочных или сосудистых заболеваний, характеризующихся чувствительностью к физической активности. Результаты также прольют свет на механизмы повреждения органов с высоким уровнем механической активности, таких как сердце, легкие, мышцы и кровеносные сосуды". Авторы пришли к выводу, что "эта работа открывает путь к будущим методам лечения пациентов с этими состояниями".