Ученые обнаружили любопытное явление, происходящее в коже мышей: клетки конкурируют друг с другом за шанс развиться в зрелую ткань. Результаты показывают, что этот антагонизм – ключ к созданию здоровой кожи.
У всех клеток зародыша разная судьба. Некоторые из них, считающиеся неспособными служить организму, погибают во время раннего развития в процессе, называемом клеточной конкуренцией. Это явление ранее было отмечено у дрозофил, а теперь появились данные, что похожий процесс встречается и у млекопитающих.
В недавнем исследовании, опубликованном в Nature, было показано, что клетки кожи мышей участвуют в двух формах конкуренции: впервые на этапе раннего эмбрионального развития и затем непосредственно перед родами.
Исследователи считают, что этот беспорядочный клеточный конфликт имеет решающее значение для формирования здоровой кожи. В крыльях развивающихся плодовых
мух клетки, которые медленно делятся, так называемые неудачники, умирают, когда вступают в контакт с более быстро делящимися «победителями». Хотя этот процесс был тщательно изучен, ученые не знали, зачем он нужен и ограничена ли клеточная конкуренция миром насекомых.
Подняв эти вопросы, авторы нового исследования начали искать доказательства конкуренции среди эпителиальных клеток мышей. Они создали популяцию «неудачников», манипулируя генами, которые замедляют темпы роста клеток, и маркировали эти клетки зеленой флуоресцентной меткой. Клетки-«победители» они маркировали красной флуоресцентной меткой, что позволило команде контролировать выживание клеток разных групп. Исследователи обнаружили, что клетки-«неудачники» гибнут гораздо быстрее по сравнению с «победителями».
«Мы видели, что «неудачники» размножались медленнее, но для того, чтобы по-настоящему назвать это соревнованием, нам нужно было показать, что «победители» их активно уничтожают, – говорит постдокторант Стефани Эллис. – Чтобы отслеживать взаимодействие между клетками, мы сняли фильмы».
Записи показали, что клетки — «неудачники», окруженные «победителями», умирают гораздо чаще, чем те, которые общались с другими ≪неудачниками≫, что указывает на существование конкуренции между двумя группами клеток.
Затем ученые задались вопросом, сохраняется ли клеточный антагонизм, который они наблюдали в развивающейся коже, позже в развитии. Кожа млекопитающих начинается с одного слоя и приобретает дополнительные слои в процессе развития, в конечном итоге образуя прочный многослойный барьер, который защищает внутреннюю часть тела от внешнего мира.
В своих первых экспериментах исследователи наблюдали гибель клеток только в ранней однослойной ткани. Это открытие, однако, не убедило их в том, что конкуренция полностью отсутствует в более зрелой коже. Они предположили, что многослойные ткани используют другой метод, чтобы избавиться от клеток-«неудачников», и эта гипотеза подтвердилась.
Ученые обнаружили, что в многослойной коже клетки-«неудачники» выталкиваются на поверхность кожи и в конечном итоге элиминируются. Также было показано, что при нарушении конкуренции кожа развивается медленнее и образует менее эффективный барьер. Это первое исследование, которое продемонстрировало, что конкуренция жизненно важна для развития здоровой ткани, – открытие, которое, по мнению авторов работы, может иметь клинические последствия для эффективной терапии плохо заживающих ран и разработки терапевтической тактики уничтожения раковых клеток.
Источник
Stephanie J. Ellis, Nicholas C. Gomez, John Levorse, Aaron F. Mertz, Yejing Ge, and Elaine Fuchs. Distinct modes of cell competition shape mammalian tissue morphogenesis. Nature, 2019 DOI: 10.1038/s41586–019–1199-y