Клеточный «каннибализм» может быть фундаментальным для развития в ходе эволюции

Исследование, проведенное учеными из NYU Langone Medical Center и опубликованное 14 ноября в Nature Cell Biology, показало, что у живых существ — от круглых червей до человека — некоторые клетки могут формировать на своей поверхности «шары» из нежелательного содержимого, которые затем «съедаются» другими клетками.

Результаты предполагают, что клеточный каннибализм может быть более распространенным явлением, чем считалось ранее, и, возможно, проливает свет на некоторые заболевания мозга.

Работа проводилась на червях вида C. elegans. Исследование обнаружило, что в процессе эмбрионального развития клетки, передающие гены следующему поколению (первичные половые клетки, PGCs), формируют внешние доли, или «шары», которые перевариваются соседними клетками, образующими кишечник червя.

Формируя доли, предназначенные для отщепления и переваривания, половые клетки, возможно, избавляются от большого количества материала, который в противном случае мог бы помешать репродукции.

«Эти результаты определяют новый способ, с помощью которого клетки кардинально меняют свое содержимое посредством каннибализма», — говорит Джереми Нанс, PhD, соавтор исследования.

Исследование ставит вопрос о том, является ли эта способность быстро редактировать клеточное содержимое жизненно важной для многих типов клеток у многих организмов, включая человека. Например, ранее было высказано предположение, что иммунные клетки в мозге «подстригают» нервные связи, «поедая» выросты на отростках нейронов. Некоторые эксперты задаются вопросом, могут ли некоторые формы аутизма быть вызваны сбоем такого клеточного каннибализма.

Путешествующие партнеры

И у червей, и у людей определенные клетки эмбриона (энтодерма) мигрируют и становятся клетками, формирующими кишечник. Клетки, которые образуют половые органы и будущие сперматозоиды и яйцеклетки, мигрируют вместе с пре-кишечными клетками.

Именно изучая это партнерство мигрирующих клеток, исследователи впервые наблюдали, как один тип клеток поедает часть другой. Они также обнаружили, что доли, выставляемые PGCs для удаления, содержали большое количество митохондрий — клеточных «электростанций».

Одна из теорий, объясняющих это явление, заключается в том, что митохондрии, как побочный эффект производства энергии, также генерируют высокореактивные свободные радикалы, которые могут повреждать ДНК (окислительный стресс). Это проблема для любой клетки, но особенно для половой клетки (гаметы), которая несет генетическую информацию для потомства. Любое случайное изменение в ней может иметь devastating последствия для будущих поколений.

Результаты поднимают вопрос: не жертвуют ли половые клетки частью производства энергии (избавляясь от митохондрий через каннибализм) ради большей защиты ДНК? Исследователи также планируют выяснить, связан ли генетический риск некоторых форм бесплодия с неспособностью каннибалистических механизмов защитить гаметы от окислительного стресса.

Исследователи обнаружили, что процесс поедания долей тщательно регулируется биохимическими сигналами: все доли формируются в одно и то же время окна развития и откусываются в заданном порядке. Более того, клетки-предшественники гамет у червей всегда формируют доли, полные митохондрий, но доли отщепляются только при наличии клеток-партнеров из энтодермы.

В дальнейшем команда планирует идентифицировать сигналы, с помощью которых доли PGCs внедряются именно в клетки энтодермы, и те, которые приказывают клеткам энтодермы их съесть. Эта работа также может помочь определить, формируют ли похожие процессы клеточного ремоделинга нейронные цепи в мозге.