Чтобы лучше понимать химические сигналы из своего окружения, клетки зародыша асцидии образуют мембранные «руки-антенны», направленные в определённую сторону и помогающие поймать нужные сигнальные молекулы. Клеточный скелет работает одним из главных приёмников сигналов из окружающей среды: на мембрану клетки садятся сигнальные вещества, и цитоскелет, в соответствии с полученными инструкциями, начинает перестраиваться. В результате таких перестроек меняются форма и местоположение клетки, а также пути передачи сигналов внутри неё, так как цитоскелетные белки принимают участие и во внутриклеточной обработке сигнала. Блуждания клеток во время зародышевого развития — это самый яркий пример ответа цитоскелета на руководящие молекулярные «указания».
Асцидия
Но может ли сам клеточный скелет играть активную роль в восприятии таких сигналов, а не просто выслушивать то, что ему сообщают?
Команда исследователей из Аризонского университета (США) изучала эмбриональное развитие морской асцидии Ciona intestinalis. Эти примитивные хордовые приходятся нам очень дальними родственниками, и, хотя по их внешнему виду этого не скажешь, эмбриональное развитие асцидий имеет ряд общих черт с высокоразвитыми позвоночными животными. При этом простота генетики и анатомии асцидий делает их идеальными объектами для изучения некоторых фундаментальных процессов, происходящих в эмбриогенезе у хордовых. Исследователи сосредоточились на формировании сердца у зародышей асцидий, полагая, что смогут таким образом выйти на причины врождённых пороков сердца у человека.
Сердце у зародыша асцидии развивается по довольно простому механизму. Все его клетки образуются от единственной родительской. После её первого деления одна из дочерних клеток отправляется по «сердечному» пути, вторая же мигрирует и даёт начало мускулатуре хвоста будущей личинки. Исследователи хотели узнать, как клетка принимает решение стать предшественником кардиоцитов. Было очевидно, что тут играют свою роль химические сигналы, но почему они воспринимались одной клеткой и игнорировались другой?
Клетки-предшественники сердца и хвостовой мускулатуры на разных стадиях развития эмбриона асцидии (фото авторов исследования).
Как пишут учёные в журнале Nature Cell Biology, им удалось выяснить, что клетка-предшественник сердца образует так называемые инвадоподии — выросты мембраны. Эти выросты образовывались на строго определённой стороне клетки и служили, как оказалось, чем-то вроде химической антенны (или руки), которая ловит слабый, зашумлённый сигнал. Если образование инвадоподий было деполяризовано, то есть они образовывались по всей поверхности мембраны, клетка теряла способность к специфичной дифференцировке. И наоборот: если клетке восстанавливали полярность выростов, она «вспоминала», что должна делиться «в сторону сердца».
И хотя никто не знает, что управляет образованием инвадоподий, в целом это означает, что цитоскелет вполне способен влиять на восприятие клеткой молекулярных сигналов, «настраивая» химические антенны в нужную сторону. Открытие может также иметь большое значение в исследованиях рака. Дело в том, что раковые клетки тоже образуют такие выросты, но до сих пор считалось, что они используются для внедрения в ткани организма, помогая клеткам пробивать эпителиальный барьер во время метастазных миграций. Но возможно (с учётом полученных данных), что и у раковых клеток инвадоподии служат для улавливания неких химических сигналов. Дифференцировкой, ростом и делением клеток управляют специальные молекулы, которые запускают соответствующие процессы внутри клеток. Раковые клетки вполне могут использовать мембранные выросты, чтобы ловить из окружающей среды дополнительный «допинг», помогающий им полностью избавиться от контроля со стороны организма.