Смерть в клетке это удивительно красиво!

Наука, технологии и космос
Учёные наконец измерили скорость наступления смерти в клетке, и это удивительно красиво!
13.08.2018

Впервые за всю историю учёные смогли пронаблюдать, как умирает клетка, и измерить скорость наступления смерти. Сигналы, которые вызывают апоптоз – самый известный нам тип клеточного суицида, также известный как запрограммируемая клеточная смерть - проходят через клетку волнами со скоростью 3 микрометра в минуту. Главная волна, которая обозначает начало процесса, называется «триггерной волной» или «волной триггера», и больше всего она похожа на распространяющийся по лесу пожар или же круг падающих доминошек.

Но эти триггерные волны существуют не просто так – они нужны для регулирования жизни в клетке путём передачи информации быстро и надёжно на далёкие расстояния. В многоклеточных животных волны также принимают участие в цикле деления клеток, когда одна клетка раздваивается на две новые. Также триггерные волны были найдены в мозгу – они выполняют роль потенциалов действия нейронов, то есть распространяют электрические сигналы по аксонам.

И теперь же учёные смогли увидеть эти волны в процессе смерти клетки.

Как заявляет биохимик Джеймс Феррел из Стэнфордского университета: «Эта работа – пример того, как природа использует триггерные волны. И хотя большинство биологов о них даже не слышали, я уверен, скоро эта тема появится в учебниках.»

Апоптоз - одна из наиболее понятных форм клеточной смерти. Это процесс, при котором организм избавляется от старых, ненужных или нездоровых клеток (к примеру, мутировавших клеток, которые могут превратиться в раковые или инфекционные), не нанося вреда окружающей ткани.

Но проблема в том, что мы всё равно не до конца понимаем, как работает апоптоз. К примеру, он не всегда останавливает превращение мутировавших клеток в раковые, либо же он может работать так, что наносит организму разрушающий эффект, выбивая здоровые клетки в случае нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Паркинсона и Альцгеймера. Если мы хотим выяснить, как работает апоптоз, и уметь его замедлять либо ускорять, нам нужно узнать, как он регулируется.

Чтобы увидеть работу апоптоза в клетке, исследователи использовали яйцо африканской когтистой лягушки. Они удалили цитоплазму из яйца - весь материал, за исключением ядра, - и поместили его в трубку. Затем они инициировали апоптоз и во время этого использовали зеленый флуоресцентный белок, светящийся во время процесса. И это зеленое свечение двигалось по трубке с постоянной скоростью, указывая, что апоптоз распространяется через триггерные волны, а не через химическую диффузию, более медленный способ связи.

Следующим шагом была проверка того, прошёл ли апоптоз в клетке в её обычном состоянии. Но так как яйца лягушки не были прозрачными, использование зелёного флуоресцентного белка было бессмысленным. Но когда они индуцировали апоптоз в целом, нетронутом яйце, то увидели, что его цвет изменился – клетка темнела с моментом наступления смерти, причём это изменение происходило волнообразно с постоянной скоростью, что указывало на присутствие триггерных волн.

Также при анализе яиц исследователи заметили каспазы – типы ферментов, играющую главную роль в запрограммированной смерти клеток. Когда они анализировали яйца, они обнаружили активированные каспазы (типы ферментов, которые играют критическую роль в запрограммированной гибели клеток) в яйцах, которые изменили свой цвет. Это означало, что каспазы активируются только после начала клеточной смерти. Затем активируются и другие, близлежащие неактивированные каспазы, и так далее, подобно эффекту домино.

Теперь исследователи хотят искать триггерные волны в иммунных реакциях организма, чтобы определить, какую роль они играют. По заявлениям Феррела: «У нас есть вся эта информация о белках и генах во всех видах организмов, и мы пытаемся понять, что из этой информации общее. Мы показываем, что связь на дальние расстояния (в клеточном масштабе) может быть осуществлена с помощью триггерных волн. Сами же волны зависят от нескольких параметров, которые присутствуют во всех механизмах биологической регуляции. Поэтому теперь мы хотим узнать, где ещё можно найти триггерные волны».