Международное сотрудничество между учеными из Института механобиологии (MBI) Национального университета Сингапура (NUS) и Института Жака Моно и Парижского университета Дидро, Франция, показало, как экструзия эпителиальных клеток регулируется плотностью клеток. Исследование было опубликовано в научном журнале Current Biology.
Как плотность клеток влияет на экструзию?
Внешняя и внутренняя поверхности тела покрыты слоем клеток, известных как листы эпителиальных клеток. Классическим примером слоя эпителиальных клеток является кожа, но эпителиальные слои также выстилают внутренние полости, такие как кровеносные сосуды, желудок и рот. Основная роль этих клеточных слоев заключается в обеспечении защитного барьера от физического повреждения и инфекции. Чтобы выполнять эти функции, целостность эпителиального клеточного листа должна поддерживаться за счет баланса между обновлением и удалением клеток. Например, слой клеток, выстилающий кишечник, обновляется каждые пять дней. Деградирующие, поврежденные или ненужные клетки подлежат уничтожению посредством апоптоза - процесса запрограммированной клеточной гибели - что позволяет им уничтожаться, не вызывая повреждения соседних здоровых клеток, как это происходит при воспалении..
Удаление этих апоптотических клеток из листа эпителиальных клеток для поддержания интактного барьерного слоя происходит в процессе экструзии клеток. На сегодняшний день исследования показали, что экструзия эпителиальных клеток происходит за счет образования сократительного кольца, состоящего из кабелей и моторов на основе белков, в клетках, окружающих клетку-мишень для экструзии. Сократительное кольцо стягивается вокруг основания вытесняющей клетки, выталкивая ее из эпителиального листка и сближая окружающие клетки. Хотя этот 'кисетный' механизм сокращения обычно наблюдается в слоях эпителиальных клеток, многие из этих наблюдений были основаны на предположении, что эпителиальный слой представляет собой набор индивидуальных клеток. Однако на самом деле эти многоклеточные листы представляют собой очень сложные структуры с большими различиями в клеточной динамике и плотности клеток.
Чтобы учесть этот уровень сложности, профессор Бенуа Ладу из MBI и Института Жака Моно и доцент Юсуке Тояма из MBI собрали междисциплинарную группу биологов, инженеров и биофизиков. Ученые использовали микрообработку для создания круглых поверхностей с микроузорами, которые позволяли контролировать рост и плотность слоев эпителиальных клеток. Наблюдая за событиями экструзии клеток в клеточных слоях, выращенных по этим образцам, с помощью покадровой микроскопии и микроскопии силы тяги, они обнаружили, что плотность клеток приводит к двум различным режимам экструзии клеток. При низкой плотности клеток клетки в ткани динамичны и подвижны. Поскольку эти клетки свободно перемещаются, иногда плотность клеток становится высокой в небольшом участке ткани. Клетки в этой плотной области подвергаются апоптозу, а клетки, окружающие апоптозную клетку, выбранную для экструзии, коллективно ползут к клетке-мишени и вытягивают под ней большие плоские выступы, называемые ламеллиподиями. Это действие выталкивает апоптозную клетку из листа, вызывая ее экструзию. Однако при высокой плотности клетки слишком плотно упакованы, чтобы двигаться, что предотвращает коллективную миграцию клеток и экструзию на основе ламеллиподий. В этих условиях клетки, окружающие апоптозную клетку, образуют сократительное кольцо и используют кисетное сокращение, чтобы выдавить и выдавить клетку.
Это исследование впервые показало, что существуют два различных механизма для изгнания апоптотических клеток из слоев эпителиальных клеток. Выбор между механизмами экструзии клеток определяется плотностью клеток - ползание клеток и растяжение ламеллиподий является преобладающим механизмом при низкой плотности, но кисетное сокращение предпочтительнее при высокой плотности. Существование этих дополнительных механизмов может быть важным для обеспечения удаления ненужных клеток (например, апоптотических клеток) в различных обстоятельствах для поддержания целостности слоя эпителиальных клеток.