Ученые Стэнфорда обнаружили иммунные клетки, взрывающиеся как микроскопические бомбы

Исследователи из Стэнфордского университета обнаружили ранее неизвестный тип иммунных клеток, которые уничтожают соседние клетки, взрываясь. Процесс происходит настолько быстро и полно, что клетка исчезает в течение нескольких минут, практически не оставляя следов.

Открытие было сделано при изучении планарий — небольших водных плоских червей, известных своей невероятной способностью к регенерации. Даже разрезанные на части, эти черви могут восстанавливать утраченные ткани, а в некоторых случаях — формировать полноценные новые организмы. Изучение того, как их иммунная система выживала и адаптировалась на протяжении сотен миллионов лет, может дать полезные подсказки для современной медицины.

В исследовании, опубликованном в журнале Cell, ученые назвали новые клетки «руптобластами» из-за их драматической реакции на определенный гормон.

«Мы никогда не ожидали, что клетка может просто взорваться, как бомба, и убить окружающие ее клетки», — сказал старший автор исследования Бо Ванг, доцент кафедры биоинженерии.

Постдокторант Чью Чай впервые заметила необычные клетки, исследуя давний вопрос биологии планарий: могут ли эти черви отличать собственные ткани от тканей другой особи. Чтобы проверить это, она разрезала червей вдоль и срастила их с частями других червей. Такие «черви Франкенштейна» отторгали чужеродную ткань, что напоминало отторжение трансплантированного органа человеческой иммунной системой. Однако клеточный ответ был совершенно иным.

«Это огромный воспалительный ответ. Как будто возникает пожар, срабатывает сигнализация, и клетки просто взрываются», — сказала Чай, ведущий автор статьи.

Предыдущие исследования регенерации планарий показали, что гормон активин играет важную роль в их выживании. Когда сросшиеся черви начали отторгать чужеродную ткань, Чай обнаружила повышение уровня активина, за которым следовало хроническое воспаление. Инъекция активина здоровым планариям вызывала аналогичную воспалительную реакцию.

Используя живую клеточную микроскопию и проточную цитометрию, исследователи обнаружили, что небольшая группа клеток внезапно разрывается, высвобождая вещества, убивающие соседние клетки, и исчезает в течение пяти минут. Этот взрывной процесс был назван «руптозисом».

«Некоторые клетки млекопитающих и бактерии также могут подвергаться взрывной гибели, но временные рамки очень велики. Они взрываются, но это больше похоже на поры, из которых в течение нескольких часов медленно вытекает содержимое. Руптозис происходит в течение секунд или минут», — пояснила Чай.

Такое быстрое разрушение превращает каждый руптобласт в высоколокализованное оружие. Исследователи протестировали руптобласты против бактерий E. coli, клеток почек человека и клеток крови мыши — все три типа целей были уничтожены. При этом повреждения ограничивались клетками, находящимися в непосредственной близости от взрыва, и не распространялись по цепной реакции.

Руптобласты отличаются от знакомых иммунных клеток, таких как Т-клетки и нейтрофилы. Последние являются кроветворными клетками, а руптобласты — железистыми. Исследователи полагают, что руптобласты усиливают свои нормальные секреторные системы, чтобы внезапно и violently высвобождать токсичные вещества после контакта с активином. Быстрый приток кальция из эндоплазматического ретикулума помогает управлять руптозисом.

Поиск аналогичных клеток у других видов показал, что они встречаются только у базальных билатерий, таких как планарии. Это позволяет предположить, что руптобласты возникли на ранних этапах эволюции животных. Чай предположила, что позвоночные могли утратить эту защиту, поскольку не могут легко восстанавливать окружающие повреждения, вызванные руптозисом. Планарии же, напротив, содержат abundant стволовые клетки и заменяют поврежденные ткани с поразительной эффективностью.

«Это демонстрирует, что существует множество различных иммунных механизмов. Есть животные, которые живут в среде, полной бактерий и вирусов, а мы так мало знаем об их иммунных механизмах», — отметил Ванг.

Полученные данные показывают, как много ученые могут узнать, изучая животных, которые редко используются в качестве традиционных исследовательских моделей. Хотя планарии могут казаться простыми, их необычная биология может раскрыть иммунные стратегии, отсутствующие у людей и других позвоночных.