Механическая нестабильность как причина удаления клеток из эпителия

Исследователи из Университета Канадзавы сообщают в Biophysical Journal, что процесс удаления клетки из эпителиального слоя является следствием внутренней механической нестабильности системы. Более того, силы, генерируемые экструдируемой клеткой, могут направлять экструзию других клеток в определённую сторону.

Модель эпителия как пены

С механической точки зрения простой (однослойный) эпителиальный пласт аналогичен пене и может быть представлен как слой взаимосвязанных многогранников. Учёные использовали такую модель пены для описания монослоя эпителиальных клеток, где каждая клетка — многогранник со средним объёмом V. Каждая клетка характеризуется количеством соседних клеток n, площадью апикальной («верхней») и базальной («нижней») поверхности.

Модель, учитывающая механические силы между соседними клетками, приводит к формуле для полной механической энергии эпителиального пласта как функции всего нескольких параметров: V, n, плотности в плоскости и величины «резкости» (sharpness), которая позволяет различить ситуации с наличием или отсутствием базальных и/или апикальных поверхностей (исчезновение апикальной поверхности подразумевает базальную экструзию, и наоборот).

Ключевые выводы модели

Главный вывод исследования заключается в том, что система демонстрирует внутреннюю механическую нестабильность: небольшие изменения в топологии клеток или плотности слоя могут вызывать экструзию клетки без приложения дополнительных внешних сил.

Кроме того, оказалось, что клетка, подвергающаяся экструзии, генерирует силы внутри слоя, которые могут направлять экструзию других клеток на любую из сторон слоя.

Учёные также обнаружили соответствие между результатами своей модели и наблюдениями в живых системах, например, возникновение различных эпителиальных геометрий (таких как «розетка» или псевдомногослойные структуры).

Ограничения и значение

Модель имеет ограничения, например, предполагает, что весь пласт и поверхности отдельных клеток плоские, а не изогнутые. Тем не менее, как отмечают исследователи, «несмотря на свои ограничения, модель служит руководством для понимания широкого спектра эпителиальной физиологии, происходящей в морфогенезе, гомеостазе и канцерогенезе».