Наши клетки чувствуют сообща

Межклеточные контакты помогают клеткам в тканях согласовать свои ощущения от внешних сигналов.

Очень давно некоторые из древних одноклеточных решили объединить свои клетки и дальше уже жить вместе – так возникли многоклеточные существа, к которым относятся и дуб, и роза, и олень, и воробей, и мы с вами.

Переход к многоклеточности происходил довольно долго, и, очевидно, в процессе случалось много ошибок и тупиковых сценариев. Однако столь же очевидно, что многоклеточность давала определённые преимущества, чем жизнь «в одну клетку», и поэтому те организмы, которые в ходе мутаций приобретали склонность к новому, «коллективному» образу жизни, получили эволюционный шанс – они не вымерли и дали начало огромному разнообразию живых форм.

Каковы же преимущества многоклеточной жизни перед одноклеточной? Обычно здесь вспоминают про специализацию: собравшись вместе, клетки могут выбрать себе какую-то одну функцию и достичь в ней больших высот, чем если бы они продолжали жить поодиночке.

Группа клеток, в которой все в совершенстве выполняют какую-то свою часть работы, эффективнее использует ресурсы среды и эффективнее противостоит разнообразным экологическим неприятностям. Исследователи из Университета штата Орегон и Университета Пердью в своей статье в PNAS пишут о ещё одном преимуществе, которым пользуются многоклеточные системы – речь идёт о более согласованном восприятии внешних сигналов.

Все живые клетки постоянно что-то чувствуют – раздражителем может быть свет, тепло, механическое давление, электрохимический импульс от соседей, если мы говорим о нервных или мышечных клетках; наконец, все клетки без исключения воспринимают огромное число химических молекул-сигналов, блуждающих вокруг.

В клеточных мембранах есть специальные рецепторы, воспринимающие тот или иной тип сигнала, и если с рецептором снаружи свяжется «его» молекула, то он передаст информацию об этом событии внутрь (передача сигнала – процесс достаточно сложный и происходит с участием дополнительных молекул-посредников). Но клетки даже одного типа всё-таки отличаются друг от друга, и сигналы могут потому воспринимать по-разному. Кто-то, например, оказывается менее чувствителен к определённому веществу, кто-то более, у кого-то восприятие и передача сигнала сопровождается сильным шумом и т. д.

Но если клетки соберутся вместе, это сильно повысить надёжность их ощущений, и потому реагировать они тоже будут более правильным образом. Авторы работы экспериментировали с фибробластами – клетками соединительной ткани, от которых, в частности, зависит заживление ран. Фибробласты чувствуют молекулу АТФ во внешней среде, отзываясь на неё колебаниями ионов кальция. (Про АТФ чаще говорят как про энергетическую молекулу, в которой энергия запасается в удобной для использования форме, однако она также служит одним из самых распространённых химических сигналов.)

У разных клеток кальциевый ответ на АТФ будет отличаться: кто-то более охотно отреагирует на неё, кто-то менее, да и сами концентрационные колебания ионов могут быть разными по виду. Однако, если перед нами не одиночные клетки, а группа, соединённая межклеточными контактами, то их чувствительность к сигналу возрастёт, а характер кальциевых колебаний у разных клеток станет более схожим – они как бы начнут чувствовать в унисон.

Разумеется, в группе могут быть несколько разных «мнений», но благодаря постоянному общению друг с другом клетки находят единомышленников, и в результате всё равно удастся сформировать некое «единое мнение» – общая реакция будет такой, как у большинства. И теоретическая модель, и опыты с клетками показали, что способность клеточной группы реагировать на раздражитель, способность генерировать единый ответ зависит от плотности клеточной популяции.

Всё это невозможно без межклеточных контактов, о которых мы упоминали чуть выше: клетки в сообществе должны существовать не просто так, но будучи связанными специальными «скрепками» – белками коннексинами. Такой контакт называется щелевым, через него проскакивают как электрические заряды, так и небольшие молекулы, и встретить его можно почти во всех тканях и органах. Очевидно, с помощью щелевого контакта клетки могут согласовывать свои ощущения по поводу внешнего сигнала.

Хотя эксперименты ставили с фибробластами, полученные результаты можно распространить на любые другие клетки. «Объединённые ощущения» позволяют фоторецепторам сформировать общую зрительную картинку, а нервным клеткам послать мышцам корректный сигнал. Конечно, общая реакция – не обязательно наиболее правильная, однако, чувствуя вместе, клетки в состоянии сделать хоть что-то по сравнению с тем, чем если бы они были разделены.

Любопытно, что раковые клетки плохо влияют на клеточное сенсорное единство: если их подсадить к нормальным фибробластам, то сеть общения начнёт работать с помехами, и колебания ионных концентраций, указывающие на восприятие сигнала, пойдут вразнобой. Возможно, подействовав как-то на межклеточные соединений как внутри опухоли, так и на её границе с нормальными тканями, удастся призвать её к порядку – то есть к самоуничтожению.