Клетки по-разному реагируют на раны различной формы, выяснили учёные

Эндоплазматический ретикулум (желтый) почти полностью покрывает клетку. (слева) Трубчатая структура ER на периферии клетки у выпуклого края раны; (справа) Плоская листовидная структура ER на периферии клетки у вогнутого края раны. Автор: Симран Равал, TIFR Hyderabad

Когда на коже образуется рана, эпителиальные клетки вокруг неё начинают согласованное движение, чтобы закрыть повреждение. Границы таких ран могут иметь разную кривизну — быть либо выпуклыми, либо вогнутыми. Интересно, что клетки на выпуклых поверхностях образуют крупные мембранные выросты и «ползут» к пустому пространству, тогда как на вогнутых поверхностях слой клеток сокращается, постепенно стягивая края раны.

Хотя эти специфические режимы движения клеток были хорошо задокументированы, оставалось неясным, как клетки у краёв раны запускают столь разные реакции. Как такая, казалось бы, незначительная деталь, как кривизна раны на микроскопическом уровне, определяет способ заживления?

Четыре года назад Симран Равал, аспирант лаборатории Тамала Даса в Индийском институте фундаментальных исследований (TIFR Hyderabad), решила детально изучить, что происходит внутри эпителиальных клеток при их реакции на раны разной формы.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature Cell Biology, показали, что крупнейшая внутриклеточная органелла — эндоплазматический ретикулум (ER) — чувствует кривизну раны и радикально меняет свою структуру: становится трубчатой при выпуклой поверхности раны и уплощается в листовидные структуры при вогнутой поверхности. Как выяснилось, это различие в морфологии ER играет ключевую роль в определении способа движения клетки для закрытия раны.

Морфология ER влияет на движение клеток при заживлении

Эпителиальный барьер способен заживлять как крупные (сантиметровые) раны, так и микроскопические повреждения, вызванные потерей одной-двух клеток.

Дас и Равал изучили структурные изменения в органеллах (лизосомах, аппарате Гольджи, ER и митохондриях), чтобы понять, что происходит внутри клетки при реакции на раны разной геометрии. Равал обнаружила, что среди этих органелл ER демонстрирует наиболее радикальные морфологические изменения.

Поскольку ER клеток на вогнутых краях уплощается, исследователи искусственно изменили его структуру на трубчатую. В результате клетки, которые ранее сокращались (стягивая рану как «шнурок»), переключились на режим «ползания» к пустому пространству.

Дальнейший анализ показал, что структурные изменения ER зависят от динамики актина и микротрубочек — основных элементов цитоскелета. Однако на выпуклых краях микротрубочки играют более важную роль в формировании трубчатых структур ER.

Для количественной оценки этих изменений Прадип Кешаванараяна из лаборатории Фабиана Спилла (Университет Бирмингема, Великобритания) разработал математическую модель, которая помогла измерить напряжение клетки при её движении к ране с разной кривизной.

Идеально клетка стремится к минимальному напряжению. Исследование показало, как изменённые структуры ER на выпуклых и вогнутых поверхностях помогают снизить это напряжение во время выпячивания и сокращения.

Различная динамика ER на выпуклых и вогнутых краях. Автор: Nature Cell Biology (2025). DOI: 10.1038/s41556-025-01729-3

ER: Возможная связь между механическими сигналами и клеточной коммуникацией?

Уникальность ER в том, что он динамично простирается через всю клетку — от ядерной оболочки до периферии. Поэтому любые изменения его структуры могут создавать механические силы или запускать сигнальные каскады по всей клетке.

Это исследование предполагает, что ER действует как «механотрансдуктор», связывая механический сигнал (геометрию раны) с биохимическими изменениями в клетке, регулируя её реакцию на внешний стимул.

Равал поясняет: «Цитоскелет давно признан основным сенсором механических сигналов. Было удивительно обнаружить, что мембранные органеллы, такие как ER, известные своей ролью в синтезе белков, также реагируют на механические сигналы и перестраиваются».

В отличие от большинства исследований, фокусирующихся на биохимии заживления, эта работа выявила нового «игрока» — форму самой раны. Физическая геология повреждения влияет на перестройку внутренних структур клетки и её решение о способе движения.

Как отмечает Дас: «Эта работа — часть наших усилий по изучению неожиданных ролей органелл. Открытие Симран, что ER может чувствовать геометрию раны и влиять на движение клеток, поднимает множество вопросов. Может ли ER или другие органеллы направлять формирование тканей в эмбрионе? Участвуют ли аналогичные механизмы в регенерации органов?»

Дополнительная информация: Rawal, S. et al. Edge curvature drives endoplasmic reticulum reorganization and dictates epithelial migration mode, Nature Cell Biology (2025). DOI: 10.1038/s41556-025-01729-3, www.nature.com/articles/s41556-025-01729-3

Источник: Tata Institute of Fundamental Research