Судьба клеток зависит от механических сил

Клетки эпителия чутко реагируют друг на друга: если их мало, они делятся, если же вокруг все перенаселено, они гибнут.

Эпителиальные клетки есть не только в коже – эпителий выстилает стенки сосудов, стенки кишечника, желудка, пищевода, мочеполовых протоков и пр., и это если не вспоминать еще и про железистый эпителий, который входит в состав разнообразных желез и задача которого – синтез и выделение всевозможных веществ и субстратов, от грудного молока до пота.

Поскольку эпителиальные клетки часто занимают пограничное положение, они постоянно гибнут (а если говорить о железистом эпителии, то выделение секретов часто сопровождается запрограммированным разрушением секретирующих клеток), и если бы они не восстанавливались, то органы и ткани быстро оказались бы беззащитными перед внешней средой. Но эпителиальные клетки, к счастью, восстанавливаются – делясь, они восполняют потери. Однако тут есть другая опасность: если они будут делиться очень активно, появится опухоль, и это, к сожалению, очень и очень вероятный сценарий – около 90% злокачественных новообразований возникают именно из эпителиальных клеток.

Иными словами, существует какой-то механизм, благодаря которому в эпителии поддерживается именно то число клеток, которое требуется, не больше и не меньше. Что этот механизм собой представляет, можно узнать из статьи в Nature, опубликованной исследователями из Университета Юты.

Оказалось, что ключевой фактор тут – физическое напряжение, которое клетки терпят друг от друга. Эксперименты ставили с клетками эпителия человеческого толстого кишечника, клетками рыбы и клетками собаки, и в результате оказалось, что все они стараются придерживаться оптимального значения собственной плотности. Если клеток было мало, они растягивались по субстрату, и механическое растяжения было сигналом к делению, если же их было слишком много, они сдавливали друг друга, и из-за сдавливания в некоторых из них запускалась программа клеточного самоубийства – то есть лишние клетки просто погибали.

В эпителии нет межклеточного вещества, клетки сидят вплотную друг к другу и потому могут хорошо чувствовать растяжение и сжатие. И в том, и в другом случае молекулярным сенсором служит мембранный белок Piezo1. Это ионный канал, который пропускает ионы кальция в клетку. Особенность же Piezo1 в том, что он реагирует на механическое напряжение. Под действием механических сил, действующих на клеточную мембрану, белок открывает ионам путь внутрь клетки, где они запускают сложные молекулярные сигнальные цепочки, которые приводят либо к делению клетки, либо к ее гибели.

То есть Piezo1 отвечает за два очень разных процесса, и как тогда он отличает, когда клетке нужно делиться, а когда – умереть? Здесь все дело в том, где, в каком именно месте сгруппированы его молекулы и как они отреагируют. Про Piezo1 известно, что он ведет себя по-разному в зависимости от того, что в данный момент чувствует клетка, то есть его активация действительно может привести к разным последствиям при растяжении и при сжатии. Авторы работы сравнивают его с термостатом, который может и греть, и охлаждать.

Как было сказано в начале, 90% онкологических заболеваний возникают из-за «взбесившегося» эпителия, и, возможно, действуя через механочувствительный Piezo1, можно было бы спровоцировать массовую гибель именно среди раковых клеток.

С другой стороны , если мы занимаемся выращиванием эпителиальных тканей для медицинских нужд, то с помощью того же Piezo1 можно было бы, наверное, повысить «урожайность» клеток, растущих в лаборатории. Впрочем, есть ли вообще какой-то резон использовать этот белок в биотехнологиях и медицине, покажут дальнейшие исследования.