Клеточный каннибализм в раковых опухолях вселяет надежду
Сотрудники Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова определили стадии энтоза — процесса гибели клетки, при котором одна клетка внедряется в другую и переваривается в ней. Энтоз может стать новым способом уничтожения раковых клеток.
Энтоз — один из вариантов программированной клеточной гибели, один из типов клеточного каннибализма. Процесс заключается в том, что одна клетка поглощается другой и уничтожается в ней. В энтозе могут участвовать все клетки, способные прикрепляться друг к другу. Чаще всего это опухолевые клетки, которые могут поглощать как себе подобные, так и здоровые клетки. Учёные предполагают, что с помощью энтоза можно будет, наоборот, уничтожать те раковые клетки, которые устойчивы к лекарствам, вызывающим апоптоз.
Апоптоз — это другой вариант программированной гибели, при котором клетка просто распадается на отдельные апоптотические тельца.
Энтоз в культуре клеток кожи человека: а – морфология клеток при энтозе, окрашивание гематоксилином-эозином, световая микроскопия; б-г – доказательство локализации клетки внутри другой клетки: б – фазово-контрастная микроскопия; в – цитохимическое окрашивание ядер с помощью DAPI, флуоресцентная микроскопия; г – СЭМ. Зелёной стрелкой показана наружная клетка, красными – внутренние. Фото А.С. Гараниной, источник: Галина Онищенко/ МГУ
У поглощающей или энтозной клетки образуется вырост плазматической мембраны — своеобразная складка, которая «накрывает» внедряющуюся клетку, подобно одеялу. Затем плазматическая мембрана «схлопывается» вдоль складки, и таким образом внедряющаяся клетка оказывается внутри энтозной вакуоли, где удерживается с помощью специализированных контактов — десмосом. Вскоре мембрана, из которой состоит вакуоль, начинает изменяться: в ней исчезают белки десмосом, но появляются белки, которые нужны для слияния с лизосомами — органеллами, которые впоследствии «переварят» внедрившуюся клетку. Лизосомы энтозной клетки сливаются с мембраной вакуоли, и в вакуоль поступают пищеварительные ферменты для разрушения внедрившейся клетки. Внутри внедрившейся клетки тоже активируются лизосомы, и их становится больше. В результате внедрившаяся клетка разрушается и погибает. Продукты, которые образуются при расщеплении белков, ДНК, липидов, полисахаридов и прочих молекул внедрившейся клетки, могут служить дополнительным питанием для энтозной клетки.
Исследователи выяснили, что процесс энтоза состоит из пяти последовательных стадий. Переход от одной стадии к другой сопровождается изменением геометрических форм энтозной и внедрившейся клеток, а также некоторых мембранных органелл (аппарата Гольджи, митохондрий, лизосом). Учёные выделяли стадии по форме внутренней клетки, структуре её ядра и по состоянию цитоплазмы обеих клеток.
Учёные также показали, что в реализации программы энтоза важную роль играют аппарат Гольджи, входящие в состав цитоскелета микротрубочки и актиновые микрофиламенты (нити из белка актина, присутствующие во всех эукариотических клетках). Доказано, что экспериментальное разрушение этих трёх компонентов препятствует внедрению одной клетки в другую, но не останавливает деградации уже внедрившейся клетки. Это значит, что эти компоненты не участвуют в заключительных этапах энтоза. Такой принцип гибели одной клетки внутри другой работает в субстрат-зависимых культурах — клетках, которые растут и делятся только при контакте с плотной поверхностью, такой как стекло или пластик.
«Мы показали, что энтоз возможен не только при росте клеток в суспензионном состоянии, то есть во взвешенном состоянии в жидкой среде, но и при прикреплении их к субстрату и друг к другу. Мы впервые обнаружили стадийность этого процесса и возможность воздействия на определённые стадии», — рассказала одна из ведущих участников исследования, доктор биологических наук Галина Онищенко, заведующая кафедрой Клеточной биологии и гистологии Биологического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова.
Учёными изучались раковые клетки эпидермоидной карциномы и клетки аденокарциномы человека. Для выделения энтозных клеток применялись иммуноцитохимическое и цитохимическое окрашивание, а наблюдение за ними осуществлялось при помощи митроскопических методов. Так, кроме стандартного светового микроскопа, исследователи использовали видеомикроскопию — световую микроспопию с видеоусилением, с помощью которой определили некоторые количественные параметры препарата. Флуоресцентная микроскопия позволила исследовать отдельные клетки. С помощью конфокального микроскопа получались «виртуальные срезы» клетки, из которых создавалась её трехмерная модель. Исследования на сканирующем и трансмиссионном электронных микроскопах, использующих сфокусированный пучок электронов, взаимодействующий с образцом, позволили получить увеличенные изображения объектов и их химический состав. Также учёные использовали корреляционную микроскопию, соединяющую в себе методы световой и электронной микроскопии, что важно для биомедицинских исследований.
Учёные продолжают исследовать явление энтоза при ряде химиотерапевтических воздействий. Это позволит в будущем учитывать вклад энтоза в процессы усиления опухолевой прогрессии и в развитие резистентности опухолевых клеток к химиотерапевтическим препаратам.
«Результаты работы показывают, что стадийность энтоза включает в себя последовательные изменения различных структурных и функциональных характеристик энтозной и внедряющейся клеток. Это в дальнейшем позволит определить механизмы перехода от одной стадии энтоза к другой и найти способы управления этим вариантом программированной клеточной гибели», — заключила Галина Онищенко.
Исследования проводились в рамках проекта «Ноев ковчег» при поддержке Российского научного фонда и в сотрудничестве с Национальным институтом злокачественных новообразований (США). Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
