Предположим, вы живете в кирпичном доме и замечаете трещины в строительном растворе, которые пропускают холодный воздух, дождь и насекомых-вредителей. Вы могли бы вызвать каменщика, чтобы устранить эти утечки и восстановить барьер, который не дает великому открытому пространству проникнуть внутрь.
Похожим образом слои клеток в нашем теле, называемые эпителиальными тканями, покрывают наши органы, создавая стенообразные барьеры, которые защищают нас от бактерий, вирусов и других болезнетворных захватчиков. И когда между этими клетками появляются потенциально опасные промежутки, срабатывает молекулярный переключатель, который вызывает ремонтную бригаду и устраняет утечки.
Используя новый метод визуализации в реальном времени, который они разработали, исследователи из Мичиганского университета добились первого прямого обнаружения кратковременных утечек в эпителиальных тканях по мере их возникновения. Их новый анализ барьера под микроскопом также позволил им обнаружить, что механизм репарации включает локальную активацию белка, называемого Rho.
Новый анализ может помочь разобраться в механизмах заболеваний, поражающих эпителиальный барьер - заболеваний, вызванных микробами и аллергенами, а также различных воспалительных состояний, иммунных нарушений, диабета и даже рака. По словам исследователей, этот анализ потенциально может быть использован для скрининга лекарств для лечения этих недугов.
Выводы группы планируется опубликовать в Интернете 14 февраля в журнале Developmental Cell. Энн Миллер, доцент кафедры молекулярной, клеточной и биологии развития Университета штата Массачусетс, является старшим автором статьи. Первым автором является Рэйчел Стефенсон, научный сотрудник лаборатории Миллера, которая выполнила проект для своей докторской диссертации.
"Важный оставшийся без ответа вопрос об эпителиальных тканях: как соединения между клетками способны поддерживать функцию биологического барьера, даже когда клетки меняют форму?" - сказал Миллер.
В своем исследовании команда Миллера использовала эпителиальные клетки живых эмбрионов лягушек, которые имеют межклеточные соединения, сходные по структуре и белковому составу с таковыми в эпителиальных тканях человека.
Во время эмбрионального развития многие эпителиальные клетки работают вместе, чтобы сгибать и складывать ткани. С помощью своего нового метода микроскопии, известного как ZnUMBA (ZnUMBA, сверхчувствительный микроскопический барьерный анализ на основе цинка), исследователи изучили, что происходит на клеточном уровне при растяжении межклеточных соединений эпителия.
Они показали, что нарушение барьерной функции происходит, когда межклеточные соединения удлиняются. Но утечки недолговечны, что говорит о наличии активного механизма восстановления.
В ходе дальнейших исследований исследователи обнаружили, что механизм восстановления включает в себя локальную активацию белка Rho во внезапном всплеске активности, который они назвали вспышкой Rho. Затем Rho активирует белки, которые сокращают соединение, восстанавливая его.
«Мы обнаружили, что клетки обычно очень активны, когда дело доходит до поддержания барьера», - сказал Стивенсон. «Этот механизм восстановления происходит быстро и осуществляется очень локально, затрагивая только небольшую часть клеточного соединения, а не несколько клеток или всю ткань.
"Мы думаем, что именно этот упреждающий подход дает нашим клеткам гибкость для перемещения и изменения формы без ущерба для барьерной функции ткани. Заболевания, связанные с негерметичным барьером, могут быть вызваны неисправным механизмом восстановления или клеточной недостаточностью. неспособность обнаружить утечку и щелкнуть выключателем."
Стефенсон и другие члены лаборатории Миллера в настоящее время работают над определением того, как щелкает переключатель, чтобы включить Rho в нужное время и в нужном месте, а также над идентификацией других белков, которые являются частью клеточной ремонтной бригады, чтобы заткнуть протекающую биологическую барьеры.