«Клей», удерживающий клетки вместе, неожиданно получил вторую работу

Белок E-кадгерин, известный своей ролью в соединении клеток и тканей, выполняет ещё одну неожиданную функцию. Исследователи обнаружили, что он также помогает эпителиальным клеткам, образующим непрерывные герметичные слои по всему организму, поглощать соседние мёртвые клетки.

Открытие может иметь значение для понимания хронического воспаления. Обломки умирающих клеток являются одним из главных факторов воспалительных реакций, поэтому понимание того, как ткани удаляют этот материал, может дать новые ключи к тому, что происходит при сбое очистки.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, сосредоточено на комплексе E-кадгерина. Эта молекулярная система включает E-кадгерин и ещё три белка. Вместе они соединяют эпителиальные клетки, выстилающие кожу, кишечник и дыхательные пути, придавая тканям структурную прочность. В этих тканях каждая клетка соединяется с молекулами E-кадгерина на соседних клетках.

Команда под руководством Верены Рупрехт изучала эпителиальные ткани живых эмбрионов рыбок данио и мышей. Они обнаружили, что тот же молекулярный механизм собирается в точном месте контакта умирающей клетки с тканью.

Чтобы проверить, прикрепляется ли E-кадгерин к умирающей клетке так же, как обычно к соседним эпителиальным клеткам, исследователи провели два эксперимента.

Сначала они предъявили ткани умирающие клетки, лишённые E-кадгерина. Эпителиальная ткань удалила их так же эффективно, как и обычные умирающие клетки. Затем команда ввела жировые капли, не содержащие белка, но несущие сигнал, обычно отображаемый на поверхности умирающих клеток. Эпителиальные клетки поглотили и эти капли.

«Нам было интересно обнаружить, что эпителиальные клетки перепрофилируют свою молекулярную адгезионную машину — "клей", который обычно удерживает их вместе, — для поглощения умирающих клеток», — говорит профессор-исследователь ICREA Верена Рупрехт, старший автор исследования.

Поглощение объекта размером примерно с другую клетку представляет собой сложную механическую задачу. Эпителиальные клетки плотно упакованы в барьеры, которые часто должны оставаться герметичными, даже когда отдельные клетки меняют форму для удаления обломков.

Прижизненная визуализация показала, как они это делают. Верхняя и нижняя поверхности одной и той же эпителиальной клетки могут вести себя по-разному. Нижняя поверхность растягивается и изгибается вокруг мёртвой клетки, тогда как противоположная сторона остаётся относительно неизменной.

Верхняя поверхность, обращённая к внешней среде или открытому пространству, продолжает поддерживать тканевый барьер. Измерения до, во время и после поглощения показали, что площадь верхней поверхности менялась очень мало. Напротив, нижняя поверхность претерпевала значительную деформацию в процессе «поедания».

Рупрехт сравнивает это поведение с рядом танцоров, стоящих со сцепленными руками. Их верхние части тела остаются неподвижными, а ноги выполняют всё более сложные движения, когда появляется умирающая клетка. «Это тот же танцор, но с другой хореографией», — говорит она.

Один белок в комплексе E-кадгерина действовал подобно верёвке. Он соединял молекулярную сборку с внутренним скелетом клетки, позволяя передавать усилие по поверхности поглощаемого материала. Когда клеткам не хватало этого связующего белка или конкретного участка, прикрепляющего его к скелету, они больше не могли заглатывать мёртвые клетки.

Другой компонент вёл себя скорее как тормоз сократительного механизма клетки. Удивительно, но удаление этого тормоза не сделало очистку более эффективной. Вместо этого клетка становилась слишком жёсткой и теряла способность правильно удалять умирающие клетки.

Затем команда исследовала, распространяется ли этот процесс за пределы рыбок данио. В ранних эмбрионах мышей блокировка E-кадгерина приводила к тому, что умирающие клетки оставались неудалёнными. Это совпало с результатами на данио и предположило, что механизм общий для позвоночных.

Новая работа опирается на более ранние исследования Рупрехт, показавшие, что эмбрионы могут использовать эпителиальные ткани для совместного удаления умирающих клеток. Такое поведение представляет собой форму ранней врождённой иммунной защиты.

Эмбрионы особенно полезны для изучения этих процессов, поскольку они прозрачны. Исследователи могут наблюдать живые клетки и ткани напрямую с уровнем детализации, который пока недостижим внутри человеческого тела.

Остаётся нерешённым важный вопрос: исследователи пока не знают, работает ли этот же зависимый от E-кадгерина механизм у взрослых данио или мышей, а также в какой-либо человеческой ткани.

Есть основания полагать, что может. Известно, что эпителиальные ткани взрослых удаляют умирающие клетки в таких местах, как сетчатка, толстая кишка, дыхательные пути и молочная железа. E-кадгерин также присутствует во всех эпителиальных тканях организма, и его структура остаётся удивительно схожей у разных видов. Эти характеристики делают его сильным кандидатом на более широко используемый механизм очистки.

Потенциальная медицинская значимость связана с тем, что происходит, когда мёртвые клетки не удаляются эффективно. Умирающие клетки, остающиеся в тканях, могут в конечном итоге разорваться и высвободить своё содержимое, способствуя хроническому воспалению.

Результаты показывают, что успешная очистка зависит не только от получения правильного химического сигнала для поглощения апоптотических обломков. Клетки также должны быть физически способны менять форму, прикладывать усилие и оборачиваться вокруг мёртвого материала, не повреждая себя и окружающую ткань.

«Изучение механизмов того, как умирающие клетки могут эффективно удаляться из тканей, имеет огромное значение для здоровья человека», — заключает Рупрехт.

Работу возглавили совместные первые авторы Ханна-Мария Хяккинен, Марта Батет Палау и Лаура Ф. Бьянки под руководством Верены Рупрехт. Исследование финансировалось Министерством науки и инноваций Испании, Программой Human Frontier Science, программой Horizon Europe Европейского союза и фондом «la Caixa» при дополнительной поддержке Европейского социального фонда.

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Ливерпуля.

Hanna-Maria Häkkinen, Marta Batet, Laura F. Bianchi, Senda Jiménez-Delgado, Fabio Pezzano, Stefan Wieser, Luca Ciampa, Esteban Hoijman, Carina Vibe, Sofie Wijma, Verena Ruprecht. De novo E-cadherin/catenin complex formation controls basal epithelial mechanics and force transmission for apoptotic cell clearance. Nature Communications, 2026; 17 (1) DOI: 10.1038/s41467-026-76710-1