Российские биологи изучили механизм клеточного каннибализма
Энтоз — это один из вариантов программированной клеточной гибели, один из типов клеточного каннибализма. Процесс заключается в том, что одна клетка поглощается другой и уничтожается. В энтозе могут участвовать все клетки, способные прикрепляться друг к другу. Чаще всего это опухолевые клетки, которые могут поглощать как себе подобные, так и здоровые клетки. Ученые предполагают, что с помощью энтоза можно научиться обращать процесс — уничтожать те раковые клетки, которые устойчивы к лекарствам, вызывающим апоптоз (другой вариант программированной гибели, при котором клетка сама распадается на отдельные апоптотические тельца).
У поглощающей (энтозной) клетки образуется вырост плазматической мембраны — складка, которая захватывает другую клетку. Затем плазматическая мембрана смыкается вдоль складки, и внедряющаяся клетка оказывается внутри энтозной вакуоли, где удерживается с помощью специализированных контактов — десмосом. Вскоре мембрана, из которой состоит вакуоль, начинает изменяться: в ней исчезают белки десмосом, но появляются белки, которые нужны для слияния с лизосомами — органеллами, которые впоследствии расщепят белки внедрившейся клетки. Внутри внедрившейся клетки тоже активируются лизосомы, и их становится больше. В результате внедрившаяся клетка разрушается и погибает. Продукты, которые образуются при расщеплении белков, ДНК, липидов, полисахаридов и прочих молекул внедрившейся клетки, могут служить дополнительным питанием для энтозной клетки.
Авторы выяснили, что процесс энтоза состоит из пяти стадий. Переход от одной стадии к другой сопровождается изменением геометрических форм энтозной и внедрившейся клеток и некоторых мембранных органелл (аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы). Ученые выделяли стадии по форме внутренней клетки, структуре ее ядра и по состоянию цитоплазмы обеих клеток.
Ученые также показали, что в реализации программы энтоза важную роль играют аппарат Гольджи, входящие в состав цитоскелета микротрубочки и актиновые микрофиламенты (нити из белка актина, которые присутствуют во всех эукариотических клетках). Доказано, что экспериментальное разрушение этих трех компонентов препятствует внедрению одной клетки в другую, но не останавливает деградацию уже внедрившейся клетки. Это значит, что эти компоненты не участвуют в заключительных этапах энтоза. Данный принцип гибели одной клетки внутри другой работает в субстрат-зависимых культурах — клетках, которые растут и делятся в культуре только при контакте с плотной поверхностью, такой как стекло или пластик.
«Мы продемонстрировали, что энтоз возможен не только при росте клеток в суспензионном состоянии (во взвеси жидкой среде), но и при прикреплении их к субстрату и друг к другу. Мы впервые обнаружили стадийность этого процесса и возможность воздействия на определенные стадии», — рассказала один из авторов статьи Галина Онищенко, доктор биологических наук, заведующий кафедрой клеточной биологии и гистологии биологического факультета МГУ.
Ученые исследовали раковые клетки эпидермоидной карциномы и клетки аденокарциномы человека. Для выделения энтозных клеток авторы использовали иммуноцитохимическое и цитохимическое окрашивание, а наблюдение за ними осуществили при помощи митроскопических методов. Так, кроме стандартного светового микроскопа, ученые использовали видеомикроскопию — световую микроспопию с видеоусилением, с помощью которой определили некоторые количественные параметры препарата.
Флуоресцентная микроскопия позволила исследовать отдельные клетки. С помощью конфокального микроскопа можно получить «виртуальные срезы» клетки, из которых создается её трехмерная модель. Исследования на сканирующем и трансмиссионном электронных микроскопах, использующие сфокусированный пучок электронов, взаимодействующий с образцом, позволили получить увеличенные изображения объекта и его химический состав. Также ученые использовали корреляционную микроскопию, которая соединяет в себе методы световой и электронной микроскопии, что важно для биомедицинских исследований.
Фотография А.С. Гараниной, источник: Галина Онищенко/МГУ Энтоз в культуре клеток кожи человека:, а — морфология клеток при энтозе, окрашивание гематоксилином-эозином, световая микроскопия; б-г — доказательство локализации клетки внутри другой клетки: б — фазово-контрастная микроскопия; в — цитохимическое окрашивание ядер с помощью DAPI, флуоресцентная микроскопия; г — СЭМ. Зеленой стрелкой показана наружная клетка, красными — внутренние.
Чтобы найти способ запустить энтоз с помощью химиотерапевтических воздействий, учёным необходимо доказать его возможность при взаимодействиях клеток друг с другом и с субстратом, а также понять, как одни клетки внедряются в другие. Возможность запуска процесса энтоза важна в тех случаях, когда опухолевые клетки устойчивы к веществам, вызывающим апоптоз. Авторы отмечают, что они продолжают исследовать явление энтоза при ряде химиотерапевтических воздействий. Это позволит в будущем учитывать вклад энтоза в процессы усиления опухолевой прогрессии и в развитие резистентности опухолевых клеток к химиотерапевтическим препаратам.
«Результаты работы показывают, что стадийность энтоза включает в себя последовательные изменения различных структурных и функциональных характеристик энтозной и внедряющейся клеток. Это в дальнейшем позволит определить механизмы перехода от одной стадии энтоза к другой и найти способы управления данным вариантом программированной клеточной гибели», — заключила Галина Онищенко.
Исследования проходили в рамках проекта «Ноев ковчег» (при поддержке Российского научного фонда), а его результаты были опубликованы в журнале Scientific Reports.
По пресс-релизу МГУ.
