logo

Пользовательского поиска

Friday 21st of September 2018

Новая система межклеточных взаимодействий: клетки посылают электрические сигналы через мембранные нанотрубки

Печать E-mail
Актуальные темы - Вглубь живой материи
02.05.2011 14:59

 

 

2

 

Клетка устанавливает связь с другой клеткой, образовав длинную нанотрубку, позволяющую ей передавать электрические сигналы. (Фото: UiB)

 

 

 


Большинство клеток организма взаимодействуют друг с другом, посылая электрические сигналы через мембранные трубочки толщиной в несколько нанометров. Сенсационное открытие норвежских ученых помогает объяснить, как клетки «сотрудничают» друг с другом в период формирования эмбриональных тканей и как происходит заживление ран.


На протяжении почти десяти лет ученые знают, что клетки могут образовывать соединяющие их ультратонкие трубочки, называемые туннельными нанотрубками (tunnelling nanotubes, TNT). Эти нанотрубки – равные по длине двум-трем клеткам и толщиной всего в одну пятисотую толщины человеческого волоса - развиваются между клетками почти всех типов и образуют межклеточные каналы связи, отличные от всех ранее известных механизмов.

В 2010 году доктор Сян Ван (Xiang Wang) и профессор Ханс-Херманн Гердес (Hans-Hermann Gerdes) – коллеги по кафедре биомедицины Университета Бергена (University of Bergen) – открыли, что межклеточные электрические сигналы передаются с высокой скоростью (примерно 1-2 м/сек) через нанотрубки. Их исследование финансируется в рамках крупномасштабной исследовательской программы Научного совета Норвегии Нанотехнологии и новые материалы (NANOMAT).

В ключевом эксперименте доктор Ван использовал флуоресцентный краситель, изменяющий интенсивность свечения при изменении электрического потенциала мембраны клетки. После образования связи между двумя клетками через нанотрубку он протыкал одну из клеток микроинъекционной иглой, чтобы деполязировать ее мембранный потенциал. Это вызывало вспышку флуоресцентного индикатора на клеточной мембране, за которой вскоре следовала аналогичная вспышка в клетке на другом конце нанотрубки.

Фундаментальное открытие началось с эксперимента, демонстрирующего межклеточную передачу электрических сигналов посредством нанотрубок, проведенного в 2007 году. Затем ученые провели подобные испытания с целым рядом других типов клеток, наблюдая аналогичные результаты.

«Мы подтвердили, что это обычное межклеточное явление, - объясняет профессор Гердес. «Тем не менее, эта особенность свойственна не всем типам клеток».

Эксперименты были неоднократно воспроизведены для получения статистически достоверных данных. Чтобы определить силу электрического взаимодействия, группа ученых-электрофизиологов Университета Бергена провела точные измерения проводимости клеточных систем. Осенью 2010 года результаты исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Межклеточные нанотрубки – далеко не постоянные структуры. Большинство из них существуют всего несколько минут. Это означает, что ученые не могут предсказать, где и когда такие межклеточные связи будут образованы.

«Это действительно кропотливая работа», - говорит профессор Гердес. «Можно часами сидеть, изучая клетки под микроскопом, и так и не увидеть ни одной нанотрубки. Однако, если повезет, можно захватить момент ее образования и заснять это событие».

Для повышения вероятности нахождения нанотрубок ученые разработали микроматрикс, состоящий из тысяч точек и мостиков на поверхности пластины. Размером меньше чем почтовая марка, пластина покрыта наноструктурированным материалом, с которым клетки охотно взаимодействуют. Исследователи помещают по одной клетке в каждую точку и, рассчитывая, что нанотрубки будут образовываться вдоль мостиков между точками, фокусируют камеру на эти мостики.

После образования нанотрубок ученые воздействуют на клетки в определенное время. Микроскоп запрограммирован на фотографирование около 50 заранее выбранных точек каждые пять минут. Таким образом можно получить данные о многих возникших через нанотрубки межклеточных связях за короткое время.

3

 

Доктор Сян Ван (Xiang Wang) и профессор Ханс-Херманн Гердес (Hans-Hermann Gerdes) (Университет Бергена) открыли ранее неизвестную межклеточную коммуникационную систему. (Фото: UiB)

 


Доктор Ван быстро обнаружил, что простое присутствие нанотрубки недостаточно для передачи электрического сигнала. В этом процессе должен был участвовать и еще один механизм.

Многие клетки образуют мельчайшие мембранные поры, называемые щелевыми контактами (gap junctions), или нексусами, представляющие собой кольцевые белки. Еще в 1960-х годах было установлено, что непосредственно прилегающие друг к другу клетки могут обмениваться электрическими импульсами через такие щелевые контакты. Доктор Ван установил, что, прежде чем нанотрубка передаст свои электрические импульсы, один ее конец всегда соединяется с клеткой через щелевой контакт.

Кроме того, в некоторых связанных друг с другом клетках в пересылку входящих сигналов вовлечены потенциалзависимые кальциевые каналы. Когда посылаемый через нанотрубку электрический сигнал достигает мембраны принимающей клетки, мембранная поверхность деполяризуется, открывая кальциевый канал и позволяя войти в нее ионам кальция – жизненно важным в клеточном сигналинге.

«Иными словами, - объясняет профессор Гердес – «существуют два компонента: нанотрубка и щелевой контакт. Нанотрубка вырастает из одной клетки и соединяется с другой клеткой посредством щелевого контакта. Только после этого две клетки оказываются электрически связанными».

Теперь ученые ищут ответы на вопрос, зачем клетки посылают друг другу сигналы таким образом.

«Вполне возможно, что открытие нанотрубок даст нам новое понимание межклеточных взаимодействий», - утверждает профессор Гердес. «Этот процесс может объяснить, как координируется деятельность клеток в период роста эмбриона. На этой стадии клетки совершают перемещение на значительные расстояния - тем не менее, они демонстрируют своего рода коллективное поведение и движутся вместе, как стая птиц».

Нанотрубки также могут оказаться фактором, объясняющим перемещение клеток, связанное с процессами заживления ран. Мы уже знаем, что электрические сигналы каким-то образом принимают участие в этом процессе; однако пока ученые могут лишь строить предположения, вовлечены ли в это и нанотрубки, подчеркивает профессор Гердес.

Что касается обработки электронного сигнала, то в этом отношении все другие органы превосходит человеческий мозг. Если вновь открытый сигнальный механизм окажется присутствующим в клетках человеческого мозга, это может добавить новое измерение к пониманию функционирования мозга. Каналы связи, включающие в себя синапсы и дендриты, которые уже определены и изучены, значительно отличаются от нанотрубок.

Неврологи из Университета Бергена рассматривают это исследование как возможность найти лучшее объяснение явлениям, связанным с сознанием и электрическими связями в мозге. В проекте «Межклеточное взаимодействие: механизм образования и функции туннельных нанотрубок» они изучают, как точно функционирует механизм нанотрубок в клетках мозга.

В настоящее время профессор Гердес проводит исследование в Европейской лаборатории молекулярной биологии (European Molecular Biology Laboratory) в Гейдельберге. Изучая электрические связи in vivo, он надеется выяснить, как этот механизм работает в живых системах. Результаты этого исследования, вполне вероятно, смогут углубить наше понимание заболеваний, развивающихся, когда клеточные механизмы не способны функционировать должным образом.

 

 

По материалам

Cell signals via membrane nanotubes

 

Аннотация к статье Animal cells connected by nanotubes can be electrically coupled through interposed gap-junction channels

 

 

Related Articles:
 

Vinaora Visitors Counter

mod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_countermod_vvisit_counter
mod_vvisit_counterToday235
mod_vvisit_counterYesterday2264
mod_vvisit_counterThis week9682
mod_vvisit_counterLast week6312
mod_vvisit_counterThis month23321
mod_vvisit_counterLast month26517
mod_vvisit_counterAll days4113727

We have: 17 guests, 3 bots online
Your IP: 54.92.190.11
 , 
Today: Сен 21, 2018

RSS

Новое на LST

Работает на Joomla!. Valid XHTML and CSS.