Предположим, вы живете в кирпичном доме и замечаете трещины в стене, которые пропускают холодный воздух, дождь и насекомых-вредителей. Вы можете вызвать кирпичного каменщика, чтобы устранить эти утечки и восстановить барьер, который препятствует проникновению наружу.

Фото: CC0 Public Domain

Во многом таким же образом слои клеток в наших телах, называемые эпителиальными тканями, покрывают наши органы, создавая стеновые барьеры, которые защищают нас от бактерий, вирусов и других болезнетворных захватчиков. И когда появляются потенциально опасные промежутки между этими клетками, молекулярный переключатель переключается, чтобы вызвать ремонтную бригаду и устранить утечки.

Используя новую технологию визуализации в реальном времени, исследователи из Мичиганского университета достигли первого прямого обнаружения короткоживущих утечек в эпителиальных тканях по мере их возникновения. Их новый анализ барьера для микроскопии также позволил им обнаружить, что механизм репарации включает локальную активацию белка под названием Rho.

Новый анализ может помочь понять механизмы болезней, которые нацелены на эпителиальный барьер – болезни, вызванные микробами и аллергенами, а также различные воспалительные состояния, иммунные нарушения, диабет и даже рак. И, по мнению исследователей, анализ может потенциально использоваться для скрининга лекарств для лечения этих заболеваний.

Выводы команды планируется опубликовать 14 февраля в журнале Developmental Cell. Энн Миллер, доцент кафедры молекулярной, клеточной и развивающей биологии UM, является старшим автором статьи. Первым автором является Рейчел Стивенсон, научный сотрудник лаборатории Миллера, которая выполнила проект для своей докторской диссертации.

«Важный вопрос без ответа об эпителиальных тканях: как соединения между клетками способны поддерживать функцию биологического барьера, даже когда клетки меняют форму?» – сказал Миллер.

В исследовании команда Миллера использовала эпителиальные клетки в живых эмбрионах лягушек, у которых клеточные соединения сходны по структуре и составу белка с таковыми в эпителиальных тканях человека.

Во время эмбрионального развития многие эпителиальные клетки работают вместе, чтобы изгибать и складывать ткани. Используя их новый микроскопический анализ, который известен как ZnUMBA для сверхчувствительного микроскопического анализа на основе цинка, исследователи изучили, что происходит на клеточном уровне, когда растягиваются эпителиальные межклеточные соединения.

Они показали, что утечки в барьерной функции происходят при удлинении межклеточных контактов. Но утечки недолговечны, что говорит о наличии активного механизма ремонта.

При дальнейшем исследовании исследователи обнаружили, что механизм репарации включает локальную активацию белка Rho, при внезапном всплеске активности они назвали вспышку Rho. Затем Ро 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 выполняется очень локально, затрагивая лишь небольшую часть клеточного соединения, а не множественные клетки или целую ткань.

«Мы считаем, что этот проактивный подход дает нашим клеткам гибкость для перемещения и изменения формы без ущерба для барьерной функции ткани. Заболевания, связанные с протекающим барьером, могут быть вызваны неисправным механизмом восстановления или неспособностью клеток обнаружить утечки и щелкнуть выключателем ».

Стивенсон и другие члены лаборатории Миллера в настоящее время работают над тем, чтобы определить, как переключить переключатель, чтобы включить Rho в нужное время и в нужном месте, и определить другие белки, которые входят в состав ремонтной бригады, для устранения протекающих биологических барьеров.

По материалам phys.org