Ученые Стэнфордского университета обнаружили ранее неизвестный тип иммунных клеток у планарий — плоских червей, известных своей исключительной способностью восстанавливать утраченные части тела. Открытие, опубликованное в журнале Cell, показало, что в природе существует иммунный механизм, не похожий ни на один из хорошо изученных способов защиты у человека, пишет SciTechDaily.
Новый тип клеток получил название «руптобласты», а сам процесс их работы исследователи назвали руптозом. Эти клетки действуют необычным образом: при обнаружении угрозы они запускают программу стремительного самоуничтожения, буквально разрывая себя изнутри и выбрасывая вещества, которые мгновенно уничтожают находящиеся рядом клетки.
Открытие было сделано группой под руководством биоинженера Бо Вана. Постдокторант лаборатории Чай Чу изучала вопрос о том, способны ли планарии отличать собственные ткани от чужих. Для этого исследователи проводили необычный эксперимент: они разрезали червей и соединяли ткани разных особей, создавая своеобразные организмы-химеры. Несмотря на выдающиеся способности к регенерации, оказалось, что планарии далеко не всегда принимают чужие клетки.
Когда организм обнаруживал чужеродную ткань, запускалась мощная воспалительная реакция, напоминающая отторжение пересаженных органов у человека. Однако механизм оказался совершенно другим. Вместо привычной работы специализированных иммунных клеток происходило нечто гораздо более драматичное: активировались клетки, которые начинали массово разрушаться, уничтожая все вокруг себя.
Во время наблюдений исследователи заметили еще одну закономерность — одновременно с началом реакции резко повышался уровень гормона активина. Ранее уже было известно, что этот гормон играет важную роль в жизни планарий: его высокий уровень ухудшает способность к регенерации, а слишком низкий мешает размножению. Чтобы проверить связь, ученые ввели активин здоровым червям и получили аналогичный результат: развивалось воспаление и запускался тот же разрушительный механизм.
Для более точного понимания происходящего команда использовала микроскопию живых клеток и проточную цитометрию — метод анализа отдельных клеток с помощью лазеров. Именно так удалось выделить руптобласты и проследить их работу в реальном времени.
Оказалось, что после активации внутри клетки происходит резкий выброс кальция из эндоплазматического ретикулума — внутренней системы хранения веществ. Затем клетка быстро мобилизует свой секреторный аппарат и буквально разрывается, выбрасывая токсичные соединения наружу. Весь процесс занимает от нескольких секунд до нескольких минут, что делает руптоз одной из самых быстрых известных форм клеточной гибели.
Чтобы понять, насколько универсален этот механизм, исследователи проверили действие руптобластов на различные типы клеток. В экспериментах клетки успешно уничтожали бактерии кишечной палочки, клетки почки человека и клетки крови мышей. При этом разрушительное действие оставалось строго локальным — эффект не распространялся дальше ближайшего окружения и не вызывал длительного токсического повреждения тканей.
Ученых особенно заинтересовало то, что руптобласты вообще не относятся к привычным иммунным клеткам. Если иммунитет позвоночных в основном основан на клетках, формирующихся в костном мозге, то здесь речь идет о специализированных железистых клетках, которые приобрели способность к столь необычной защите.
При поиске аналогов исследователи обнаружили похожие клетки только у очень древних групп животных, к которым относятся плоские черви. По мнению авторов работы, позвоночные могли утратить такой способ иммунной защиты в ходе эволюции, поскольку подобные клеточные взрывы создают серьезные повреждения тканей, а способность к регенерации у них гораздо слабее, чем у планарий.
Авторы исследования считают, что изучение таких необычных организмов может открыть совершенно новые подходы в медицине — от борьбы с бактериальными инфекциями до создания методов точечного уничтожения опухолевых клеток. Открытие также стало напоминанием о том, что даже самые простые существа могут хранить биологические механизмы, о существовании которых современная наука еще недавно даже не подозревала.