Открытие меняет представление о дальних межклеточных коммуникациях

Исследователи из Стэнфордского университета и Калифорнийского университета в Сан-Франциско обнаружили новый тип клеточных структур, которые напрямую доставляют и получают сигнальные молекулы между удалёнными соседями в развивающемся эмбрионе. Это открытие может фундаментально изменить понимание биологами того, как клетки позвоночных общаются.

Исследование было опубликовано 28 апреля в Nature.

Неожиданные структуры

Используя методы визуализации высокого разрешения в реальном времени, учёные увидели ранее невидимые цитоплазматические выросты или специализированные филоподии — тонкие, похожие на пальцы выступы. Эти структуры разрушаются обычными методами фиксации тканей.

«Мы теперь знаем, что морфология типичной клетки в эмбрионе позвоночного выглядит совсем не так, как мы представляли», — сказала Мария Барна, PhD. «Эти чрезвычайно тонкие, очень длинные выросты могут достигать нескольких клеточных диаметров. Мы визуализировали их в мезенхимальных клетках, но они могут быть общей чертой многих других типов клеток».

Сеть вместо диффузии

Обнаруженные выросты пронизывают плотно упакованную ткань в развивающихся эмбрионах цыплят и мышей на расстояние нескольких клеток. Клетки, разделённые пятью и более соседними клетками, могут общаться напрямую через свои мембраны с помощью этих динамично вытягивающихся и втягивающихся структур.

Это контрастирует с общепринятым представлением о том, что сигнальные молекулы просто диффундируют в межклеточном пространстве. «Эта "сетевая" картина дальних сигналов разительно отличается от предыдущих моделей "диффузии сигнала"», — отметила Дебора Елон, PhD, не участвовавшая в исследовании.

Целевая доставка сигналов

Исследователи начали с изучения того, как важная для развития сигнальная молекула sonic hedgehog (SHH) перемещается между клетками. Пометка этой молекулы показала, что она движется в виде относительно крупной частицы по длине выроста от клетки-отправителя к клетке-получателю.

Клетка-получатель экспрессирует рецепторы SHH в дискретных точках вдоль своих филоподий. Скорость и эффективность доставки предполагают участие актин-зависимого моторного белка, напоминающего конвейерную ленту.

Перспективы и вопросы

Одна клетка может иметь 8–10 таких структур, которые могут быть разделены на подмножества, предназначенные для конкретных сигнальных молекул. Учёные исследуют, есть ли такие специализированные филоподии у других типов клеток, и как они могут быть вовлечены в патологические процессы, такие как рак и метастазирование.

«Это открытие открывает новую границу в клеточной биологии и биологии развития», — сказала Барна. «Как формируются эти филоподии? Какой клеточный механизм позволяет им так быстро вытягиваться и втягиваться? Какой груз может по ним перемещаться? Мы только начинаем это понимать».