Дослідження виявило широко розповсюджений «клітинний канібалізм» і пов’язані з ним явища на дереві життя

  У новій оглядовій статті Карло Мейлі та його колеги з Університету штату Арізона описують феномен клітини в клітині, коли одна клітина поглинає іншу, а іноді й поглинає її. Дослідження показує, що випадки такої поведінки, включаючи клітинний канібалізм, широко поширені на дереві життя.

Крім конкуренції за ресурси, живі клітини активно вбивають та поїдають одна одну. Нові дослідження феномена «клітина у клітині» показують, що де вони обмежуються раковими клітинами, а є звичайним аспектом живих організмів по всьому дереві життя. (Фото: artifactsaf.blogspot.com)

Отримані дані ставлять під сумнів загальне уявлення про те, що події клітини в клітині в основному обмежені раковими клітинами. Швидше, ці події, здається, є спільними для різних організмів, від одноклітинних амеб до складних багатоклітинних тварин, пишуть Артефакти.

Широке поширення таких взаємодій у неракових клітинах свідчить про те, що ці події за своєю суттю не є «егоїстичною» чи «раковою» поведінкою. Швидше, дослідники припускають, що феномен «клітина в клітині» може відігравати вирішальну роль у нормальному розвитку, гомеостазі та реакції на стрес у широкому діапазоні організмів.

У дослідженні стверджується, що слід відмовитися від націлювання на клітинно-клітинні події як підхід до лікування раку, оскільки ці явища не є унікальними для злоякісних пухлин.

Демонструючи, що випадки охоплюють широкий спектр форм життя і глибоко вкорінені в нашій генетичній структурі, дослідження запрошує нас переглянути фундаментальні концепції клітинної співпраці, конкуренції та складної природи багатоклітинності. Дослідження відкриває нові шляхи для досліджень еволюційної біології, онкології та регенеративної медицини.

Дослідження є першим, яке систематично досліджує явища «клітина в клітині» на «древі життя». Висновки групи можуть допомогти переглянути розуміння клітинної поведінки та її наслідків для багатоклітинності, раку та еволюційної подорожі самого життя.

«Ми вперше взялися за цю роботу, тому що дізналися, що клітини не просто конкурують за ресурси — вони активно вбивають і поїдають одна одну», — каже Малей. «Це захоплюючий аспект екології ракових клітин. Але подальші дослідження показали, що ці явища відбуваються в нормальних клітинах, і іноді жодна клітина не гине, що призводить до абсолютно нового типу гібридної клітини».

Малей є дослідником Центру біодизайну біокомп’ютерів, безпеки та суспільства; професор Школи наук про життя АДУ; і директор Арізонського центру еволюції раку.

Дослідження було проведено у співпраці з першим автором Стефанією Е. Капсетакі, колишньою співробітником ASU, а тепер дослідником в Університеті Тафтса, і Луїсом Сіснеросом, колишнім співробітником ASU, а зараз дослідником клініки Mayo.

Від егоїстичної до кооперативної взаємодії клітин

Події «клітина в клітині» вже давно спостерігаються, але залишаються погано вивченими, особливо поза контекстом імунної відповіді чи раку. Найдавніші гени, відповідальні за поведінку клітини в клітині, датуються понад 2 мільярдами років тому, що свідчить про те, що ці явища відіграють важливу роль у живих організмах, хоча її ще належить визначити. Розуміння різноманітних функцій подій клітини в клітині, як у нормальній фізіології, так і при хворобі, є важливим для розробки більш ефективних методів лікування раку.

Філогенетичне дерево багатоклітинності та міжклітинних явищ. (Фото: artifactsaf.blogspot.com)

Огляд заглиблюється в появу, генетичні основи та еволюційну історію явищ «клітина в клітині», проливаючи світло на поведінку, яку колись вважали аномалією. Дослідники переглянули понад 500 статей, щоб каталогізувати різні форми явищ «клітина в клітині», які спостерігаються на дереві життя.

Дослідження описує 16 різних таксономічних груп, у яких виявлено поведінку «клітина в клітині». Події «клітина в клітині» були класифіковані на шість різних категорій на основі ступеня спорідненості між клітинами-хазяїном і жертвою, а також результату взаємодії (чи одна або обидві клітини вижили).

У дослідженні висвітлюється спектр поведінки клітини в клітині, починаючи від повністю егоїстичних дій, коли одна клітина вбиває та поглинає іншу, до більш кооперативних взаємодій, коли обидві клітини залишаються живими. Наприклад, дослідники виявили докази «гетероспецифічного вбивства», коли клітина поглинає та вбиває клітину іншого виду, у широкому діапазоні одноклітинних, факультативно багатоклітинних та облігатних багатоклітинних організмів. Навпаки, «конспецифічне вбивство», коли клітина поглинає іншу клітину того ж виду, було менш поширеним і спостерігалося лише в трьох із семи основних досліджених таксономічних груп.

Облігатні багатоклітинні організми — це ті, які повинні існувати в багатоклітинній формі протягом усього життєвого циклу. Вони не можуть виживати або функціонувати як окремі клітини. Приклади включають більшість тварин і рослин. Факультативні багатоклітинні організми - це організми, які можуть існувати або як окремі клітини, або в багатоклітинній формі залежно від умов середовища. Наприклад, певні типи водоростей можуть жити як окремі клітини в одних умовах, але утворювати багатоклітинні колонії в інших.

Команда також задокументувала випадки явищ «клітина в клітині», коли клітини-господарі та клітини-жертви залишалися живими після взаємодії, що свідчить про те, що ці події можуть виконувати важливі біологічні функції, окрім простого вбивства конкурентів.

«Наша класифікація явищ «клітина-в-клітині» по дереву життя важлива для кращого розуміння еволюції та механізму цих явищ», — каже Капсетакі. «Чому і як саме вони відбуваються? Це питання вимагає подальшого дослідження мільйонів живих організмів, у тому числі організмів, у яких феномен «клітина в клітині», можливо, ще не досліджений».

Стародавні гени

На додаток до каталогізації різноманітної поведінки клітини в клітині, дослідники також досліджували еволюційне походження генів, залучених до цих процесів. Дивно, але вони виявили, що багато ключових генів клітини в клітині з’явилися задовго до еволюції облігатної багатоклітинності.

«Коли ми дивимося на гени, пов’язані з відомими механізмами «клітина-в-клітині» у видів, які дуже давно відійшли від людської лінії, виявляється, що людські ортологи (гени, які еволюціонували із загального предкового гена) зазвичай пов’язані з нормальні функції багатоклітинності, як-от імунний нагляд», — каже Сіснерос.

Загалом було ідентифіковано 38 генів, пов’язаних із феноменом «клітина в клітині», і 14 із них виникли понад 2,2 мільярда років тому, передуючи спільному предку деяких факультативно багатоклітинних організмів. Це свідчить про те, що молекулярний механізм клітинного канібалізму розвинувся до основних переходів до складної багатоклітинності.

Стародавні клітинні гени, виявлені в дослідженні, беруть участь у різноманітних клітинних процесах, включаючи клітинну адгезію, фагоцитоз (поглинання), внутрішньоклітинне знищення патогенів і регуляцію енергетичного обміну. Ця різноманітність функцій вказує на те, що події клітини в клітині, ймовірно, відігравали важливу роль навіть в одноклітинних і простих багатоклітинних організмах задовго до появи складного багатоклітинного життя.