Эмбриональные клетки общаются по межклеточным «проводам»

Мембранные выросты помогают передать сигнал даже тем клеткам, которые не способны его принять.

Когда одна клетка хочет сообщить что-то другой, у неё для этого есть несколько способов. Если клетки соприкасаются друг с другом, то вступают в действие различные мембранные белки, которые взаимодействуют с такими же белками на другой клетке. Если между клетками есть какое-то расстояние, то настаёт черёд «свободноплавающих» сигнальных молекул: одна клетка их выделяет во внешнюю среду, а другая ловит своими рецепторами. Молекулярное сообщение может быть упаковано в мембранный пузырёк-везикулу, но эта везикула опять же должна будет проплыть какое-то расстояние до клетки-адресата.

И есть промежуточный способ в виде цитонем. Цитонемами называют тонкие и длинные выпячивания мембраны, вытягивающиеся с поверхности одной клетки в сторону другой. Тянуться они могут на сотни микрометров (размеры обычных эукариотических клеток – если не брать в расчёт случаи вроде нейронов – колеблются от 10 до 100 микрометров). Цитонемы несут на себе белки, которые должна почувствовать другая клетка; выполнив свою задачу, мембранные нити втягиваются обратно. С некоторой натяжкой их можно называть межклеточными проводами, только это провода одноразовые.

Цитонемы появляются у самых разных клеток самых разных организмов; у некоторых животных они играют большую роль в эмбриональном развитии. Однако сотрудники Университета Эксетера, экспериментировавшие с зародышами рыбы полосатого данио, заметили у цитонем зародышевых клеток кое-что особенное.

У животных есть сигнальный путь Wnt (по названию главного сигнального белка в цепочке, который путешествует между клетками), регулирующий эмбриональное развитие и дифференцировку клеток. Любой сигнальный белок действует через рецептор. Когда исследователи захотели проследить, как рыбный вариант Wnt (Wnt5b) идёт от клетки к клетке, они обнаружили, что, выйдя наружу, он садится на рецепторы той же клетки, которая его синтезировала. Дальше тот участок мембраны, где сигнальный белок объединился со своим рецептором, начинает вытягиваться в цитонему.

Когда цитонема оказывалась уже совсем близко к клетке-адресату, от конца мембранной нити отшнуровывался крошечный мембранный пузырёк с тем самым белковым комплексом. Пузырёк садился на мембрану принимающей клетки, сливался с ней, и оба белка оказывались на поверхности клетки, которая должна была принять Wnt-сигнал. То есть клетка-передатчик передавала не только сам сигнал (белок Wnt), но и устройство, чтобы его принять – то есть рецептор. Дальше внутренние белки принимающей клетки уже легко могли почувствовать активированный рецептор и начинали действовать в соответствии с сигналом.

Обычно говорят, что эффективность сигнала зависит как от передаваемого сигнала, так и от рецепторов к нему. Сигнальных молекул может быть очень много, но если к ним нет рецепторов, на них никто не обратит внимания. Однако цитонемы способны донести сообщение даже тем клеткам, которые его просто не обнаружили бы, если бы это сообщение в виде сигнального белка просто плавало вокруг них. Конечно, тут нужно ещё знать, куда тянуть мембранные нити. Вытягивание цитонем тоже происходит под влиянием сигнальных молекул; в таком случае клетка-адресат может не иметь рецепторов к основному сигналу, но может иметь молекулы для притяжения цитонем, и вот цитонемы-то уже донесут до неё нужные сообщения.

Сигнальный путь Wnt играет большую роль не только во время эмбрионального развития, но и при разных онкозаболеваниях. Вполне возможно, что с новыми сведениями о сигнальных нитях получится создать лекарственные средства, не позволяющие злокачественным клеткам общаться и тем самым дополнительно ограничивающие рост опухолей.

Результаты исследования опубликованы в Nature.