В ходе совместной работы ученых Сколтеха со специалистами из Германии и США выявлены новые структуры в клетках печени, ответственные за формирование и регулирование просвета между гепатоцитами.
В результате исследования строения печени человека, впервые опубликованного в Journal of Cell Biology, ученые обнаружили белок, который нужен для образования так называемых «перемычек». Эпителиальными клетками в человеческом организме покрыто огромное количество поверхностей. В сосудах и кишечнике эти клетки повернуты внутрь, так называемыми, апикальными участками мембраны, так и образуется внутренняя поверхность «трубки».
Гепатоциты действуют не так, они образуют полости попарно, соединяясь с соседними клетками. В итоге, получается трехмерная сеть из узких просветов. Ранее было неизвестно, почему гепатоциты ведут себя таким образом.
Другие клетки — холангиоциты, напротив, формируют каналы большого диаметра (по схеме эпителиальных клеток).
Раньше, у ученых было лишь предположение, что форма просвета между гепатоцитами и образование ими сетей объясняются детерминированным локальным механическим взаимодействием между клетками.
Но недавно эта гипотеза получила подтверждение, ученые из Института молекулярно-клеточной биологии и генетики имени Макса Планка во главе с Марино Зериалом совместно с группой исследователей Сколтеха под руководством доцента Тимофея Зацепина и специалистами других организаций выявили на апикальной поверхности просвета между гепатоцитами выросты, которые образуют внутри канала структуры, напоминающие по форме переборки — ребра жесткости в корпусе судна.
Специалисты изучили их под электронным микроскопом, и пришли к выводу, что узость просвета и сложность сети желчных канальцев определяется наличием именно этих структур.
Эти структуры обеспечивают жесткость «конструкции». «Переборки» разделяют корпус судна на отсеки, а апикальные перемычки оставляют канал непрерывным.
Для подтверждения того, что перемычки не возникли при наблюдении за культурой клетки, ученые изучили эмбриональную печень мыши на электронном микроскопе.
Результаты исследования показали следующее:
- подтверждено наличие схожих с переборками судна структур в формирующихся просветах в печени эмбриона;
- перемычки не делят просвет канала на отдельные отсеки;
- такие же структуры были обнаружены и в печени взрослой мыши;
- исключена путаница между перемычками и микроворсинками — ранее изученным образованием на клеточной мембране гепатоцитов.
В ходе работы, специалисты изучили группу белков, которые участвуют в образовании перемычек, наиболее подробно изучался белок Rab35, который до этого не связывали со строением просвета между гепатоцитами.
С помощью электронного микроскопа и 3D-моделирование, было обнаружено, что при отключении экспрессии гена Rab35 перемычки между гепатоцитами не образуются, а просвет получается таким, как между холангиоцитами.
Тимофей Зацепин отмечает: «Важно отметить, что гепатоцит и холангиоцит имеют общего предшественника — гепатобласт, поэтому это наблюдение позволяет определить Rab35 как непосредственного участника событий. Мы знаем, что белок Rab35 напрямую не управляет формированием перемычек. Он известен как переносчик и, по всей видимости, отвечает за транспортировку внутри клетки какого-то комплекса или комплексов белков, которые, в свою очередь, приводят к образованию перемычек. Поиском этих комплексов мы сейчас и занимаемся — мы хотим полностью изучить механизм, который делает печень такой отличающейся от других органов».
Также Тимофей рассказал, что обнаруженные ими перемычки важны для дальнейших исследований с возможными приложениями в медицине. «Эти структуры сами по себе очень интересны и красивы. Апикальные перемычки встречаются квазипериодически на расстоянии друг от друга, равном диаметру просвета, что внешне напоминает несущие элементы инженерных конструкций. Мы планируем воспользоваться возможностью регулирования этого механизма для исследования работы печени и ее регенерации в условиях ожирения и фиброза печени».
Исследование проводилось с участием специалистов Сколковского института науки и технологий (Сколтеха), Института молекулярно-клеточной биологии и генетики имени Макса Планка, Института молекулярной генетики имени Макса Планка, Кильского университета имени Кристиана Альбрехта и Йенского университета имени Фридриха Шиллера (Германия), а также МГУ имени М. В. Ломоносова (Россия) и Nelson Laboratories LLC (США).
