Человеческий эпителий – это ткани, обнаруженные в нескольких частях тела (таких как эпидермис и внутренняя слизистая оболочка). Они состоят из слоев смежных ячеек, которые служат физическим и химическим барьером. Эта роль постоянно подвергается испытанию как внешней средой, так и их собственным обновлением. Обновление тканей включает образование новых клеток путем деления клеток и удаление мертвых клеток.
Механизмы, которые регулируют способность эпителия поддерживать свою целостность в условиях, включающих большое количество элиминированных клеток, остаются плохо изученными, несмотря на то, что эта ситуация регулярно возникает во время эмбриогенеза или поддержания тканей взрослого человека. Например, в кишечнике взрослого человека ежедневно выводится более десяти миллиардов клеток. Как эти исключения организованы для поддержания целостности тканей и связности?
Ученые из Института Пастера и CNRS решили определить механизмы, участвующие в целостности эпителия, и условия, которые могут повлиять на эпителиальные связи, с помощью дрозофилы (или уксусных мух), организма, изучаемого в лаборатории, с эпителиальной архитектурой, аналогичной человеческой.
Используя чувствительные к белку флуоресцентные маркеры, исследовательская группа обнаружила, что когда клетка умирает, путь EGFR-ERK – сигнальный путь активации клетки, известный своим участием в регуляции выживания клетки – временно активируется в соседних клетках. Ученые заметили, что активация пути EGFR-ERK защищает соседние клетки от гибели клеток примерно на один час, тем самым предотвращая одновременное удаление группы клеток. «Мы уже знали, что этот путь играет ключевую роль в регулировании выживания клеток в эпителиальной ткани, но мы были удивлены, увидев такую защитную динамику между клетками», – комментирует Ромен Левайер, руководитель отдела клеточной смерти и эпителиального гомеостаза в Институте Пастера и последний автор исследования.
Исследования ученых также показывают, что подавление этого защитного механизма оказывает сильное влияние на эпителиальную ткань: удаление клеток становится случайным, а соседние клетки могут быть удалены одновременно, что приводит к многократным потерям связи.
Удаление групп соседних клеток никогда не наблюдается в эпителиальной ткани в нормальных условиях, когда путь EGFR-ERK не подавляется намеренно, даже если большое количество клеток удаляется.
Используя новый оптогенетический инструмент, который может контролировать гибель клеток во времени и пространстве и обходить защитный механизм, ученые подтвердили, что целостность эпителия была нарушена, когда соседние клетки были уничтожены одновременно. «Удивительно, но эпителиальная ткань очень чувствительна к пространственному распределению элиминированных клеток.
Хотя он может противостоять удалению большого количества клеток, целостность эпителия нарушается, если одновременно устраняются только три соседние клетки », – объясняет Лео Валон, ученый из отдела клеточной смерти и эпителиального гомеостаза Института Пастера и первый автор книги. учиться.
Наблюдения ученых подтверждают, что тканям необходимо разработать механизмы, предотвращающие элиминацию соседних групп клеток. "Эти наблюдения важны, поскольку они иллюстрируют невероятную способность биологических тканей к самоорганизации – свойство, которое позволяет им выдерживать стрессовые условия. Таким образом, нет необходимости в дирижере, который должен определять, где и когда клетки должны умереть; все основано на узко локальных связях между соседними ячейками », – добавляет Ромен Левайер.
Похоже, этот процесс сохранился в процессе эволюции.
Тот же защитный механизм, основанный на локальной активации EGFR-ERK, был независимо обнаружен в линиях клеток человека исследовательской группой под руководством Оливье Перца из Бернского университета в Швейцарии (результаты опубликованы в том же журнале2). Результаты другого исследования предполагают, что защитный механизм сохраняется между видами, разделенными сотнями миллионов лет, что указывает на то, что это относительно универсальный механизм.
Будущие исследования покажут, может ли нарушение этого механизма координации гибели клеток и повторяющаяся потеря связности в эпителиальной ткани быть одной из причин хронического воспаления, явления, ответственного за различные заболевания, которые в настоящее время входят в число основных причин смерти во всем мире.