Исследование отвечает на давний вопрос о развитии клеток
В течение жизни организма — будь то человек, рыба или любой другой позвоночный — клетки умирают, освобождая место для новых, которые продолжают жизненно важные процессы. Однако мёртвые клетки необходимо удалять. После эмбриональной стадии эту задачу выполняют клетки иммунной системы — макрофаги.
Но у организмов на эмбриональной стадии ещё нет макрофагов и иммунной системы. Они появляются позже, в ходе дальнейшего развития.
Так как же удаляются мёртвые клетки до появления макрофагов? Это давний вопрос, который задавали биологи развития.
Теперь есть ответ. В статье, опубликованной онлайн в журнале Cell, биологи из Университета Вирджинии описывают открытый ими процесс, в котором эмбриональные клетки нервной системы — клетки нервного гребня — выполняют задачу по удалению мёртвых клеток на очень ранней стадии развития данио-рерио (которые часто используются как модельные организмы из-за схожести с человеком по многим признакам развития и генам).
С помощью детальной визуализации живых эмбрионов данио-рерио исследователи смогли наблюдать, как мигрирующие клетки нервного гребня функционируют очень похоже на макрофаги. Эти клетки, которые в итоге дают начало периферической нервной системе и многим типам тканей (костной, пигментным клеткам, хрящам и волокнистой соединительной ткани), физически достигают мёртвых клеток, окружают их, а затем поглощают содержащиеся в них соединения, такие как аминокислоты, которые затем используются для построения новых клеток.
"Это интересно и неожиданно, потому что клетки нервного гребня используют тот же механизм очистки клеточного дебриса, который позже будут использовать макрофаги, когда возьмут на себя эту важную роль", — говорит соавтор исследования Сара Кусенас. — "Это также логично, что клетки, способные быстро перемещаться по плану тела — клетки нервного гребня, — выполняют эту важную раннюю функцию до того, как появятся специализированные клетки — макрофаги".
Открытие сделал аспирант Юнлу Чжу, который провёл несколько дальнейших исследований вместе с Кусенас и студенткой-нейробиологом Самантой Кроули.
"Будучи наблюдательным и творческим учёным, Юнлу заметил и начал изучать поведение клеток, которое раньше никто не замечал, хотя клетки нервного гребня изучают уже более 150 лет", — отметила Кусенас. — "Никто не думал, что эти клетки будут поглощать дебрис, как это делает иммунная система, — ещё до того, как иммунная система разовьётся".
Кусенас сравнивает процесс эмбрионального развития и очистки клеточного дебриса со строительством здания. Для постройки самого эмбриона нужны леса, но эти леса — больше не нужная вспомогательная конструкция — могут быть позже удалены и использованы для нового строительства.
"Замечательно то, что клетки нервного гребня убирают часть беспорядка на раннем этапе строительства эмбриона, до того, как иммунная система возьмёт на себя эту работу", — сказала она. — "Это то, что мы теперь можем изучить более глубоко".
В будущих исследованиях Кусенас планирует остановить процесс "поедания" клетками нервного гребня, чтобы увидеть, каковы будут последующие физиологические эффекты. Это может дать новое понимание нарушений развития, включая те, что влияют на нервную систему, при которых очистка дебриса может происходить неэффективно или в неподходящее время, приводя к дисфункции.
"Это открывает новое направление исследований о том, как иммунная система координируется с неиммунными клетками для формирования тела", — сказала она. — "Возможно, клетки нервного гребня помогают подготовить схему нервной системы — запустить её. И без нормальной очистки дебриса этими клетками развитие может пойти не так".