Межклеточные посредники раскрывают свои секреты
Клетки в нашем теле постоянно обмениваются информацией, в том числе с помощью вирусоподобных пузырьков — внеклеточных везикул (extracellular vesicles, EVs). Группа Паскаль Циммерманн с факультета генетики человека KU Leuven годами изучает эти структуры. Такое фундаментальное исследование необходимо для будущего медицинского применения этих межклеточных посредников.
Долгое время внеклеточные везикулы считались «мусорными мешками». Однако в 1980-х годах стало ясно, что это не отходы, а мессенджеры, переносящие сигнальные вещества между клетками. Как и гормоны, но EVs могут быть гораздо сложнее.
Как посредники, EVs участвуют в гомеостазе — поддержании здорового биохимического и физического баланса организма. Но они также играют активную роль в болезнях. EVs могут быть как спасительными, так и опасными для жизни. Например, при сердечном приступе они побуждают клетки сердца перейти в защитный режим, а при опухоли помогают раковым клеткам уклоняться от иммунной системы.
Научное любопытство как движущая сила
Поскольку EVs свободно циркулируют в жидкостях организма (кровь, моча, слюна), они обладают огромным потенциалом в качестве ранних и легко обнаруживаемых биомаркеров. EVs несут биохимические признаки клеток, из которых происходят, и информацию об их здоровье. EVs, действующие как посредники между раковыми клетками и организмом хозяина, можно обозначить как «болезнетворные EVs».
Теоретически с помощью простого анализа слюны можно обнаружить опухоли на очень ранней стадии. EVs также могут использоваться для доставки лечебных веществ к больным или поврежденным тканям или для репрограммирования клеток как новая форма клеточной терапии.
Однако потенциал EVs в диагностике и терапии пока не реализован. Одна из причин — недостаточное понимание их базовой биологии, отчасти из-за долгого восприятия их как клеточного мусора.
«Наше незнание основных молекулярных механизмов биологии EVs в настоящее время мешает нам разрабатывать приложения», — говорит Паскаль Циммерманн.
Ключевая роль PDZ-белков
В октябре группа Циммерманн достигла важной вехи, опубликовав работу «PDZ scaffolds regulate extracellular vesicle production, composition and uptake» в журнале PNAS. В ней впервые раскрываются основные молекулярные механизмы, с помощью которых EVs образуются, «программируются» (с конкретным сообщением) и обмениваются.
Исследователи обнаружили, что EVs сильно зависят от специфической группы мембраносвязанных белков в клетке — PDZ-белков. Они имеют долгую эволюционную историю и, вероятно, являются результатом коэволюции с многоклеточностью.
«Например, у дрожжевой клетки есть только два типа этих белков, а у нас, людей, — сто пятьдесят», — говорит Циммерманн. Эта связь предполагает, что система межклеточных посредников развивалась параллельно с развитием многоклеточности.
Исследования потери функции из-за отсутствия PDZ-белков помогли продемонстрировать, как эти белки регулируют производство и использование EVs. Например, один PDZ-белок функционирует как посредник между клетками глаза плодовых мушек, регулируя сигнал для защиты клеток сетчатки. При его отсутствии у мушки возникает повреждение сетчатки.
Роль PDZ-белков в биологии EVs несколько напоминает способ, которым вирусы отпочковываются от мембран клеток-хозяев. EVs иногда называют мини-вирусами. Хотя они не могут «захватывать» клетки, как вирусы, они способны их репрограммировать.
Хотя медицинские применения EVs fascinate Паскаль Циммерманн (доктора фармацевтических наук), её исследования остаются сугубо фундаментальными.
«Мы не проводим наши исследования с прицелом на приложения, а исключительно из научного любопытства. В результате мы не можем предсказать, что в итоге получится. Но одно можно сказать наверняка: без такого фундаментального исследования никакое рациональное применение вообще было бы невозможно», — заключает Циммерманн.