Как клетки и иммунные клетки человеческого тела могут быстро реагировать на физические и химические изменения в окружающей их среде?
Хотя генетические мутации могут вызывать изменения свойств клетки, негенетические механизмы могут вызывать быструю адаптацию в процессе, широко называемом клеточной пластичностью. Клеточная пластичность участвует в фундаментальных биологических процессах в здоровье и болезни. Например, опухолевые клетки могут переходить из высокопролиферативного состояния в более инвазивное состояние и, таким образом, способствовать метастазированию рака. С другой стороны, во время воспаления иммунные клетки могут трансформироваться в клетки, которые вызывают воспалительную реакцию и способствуют восстановлению тканей. Неконтролируемое воспаление, выходящее из-под контроля, может привести к повреждению тканей и, в конечном итоге, к септическому шоку.
Группа Института Кюри в Париже обнаружила нового виновника этих процессов на молекулярном уровне; работа, опубликованная недавно в научном журнале природа.
Исследователи обнаружили, что клетки, ответственные за образование метастазов, или иммунные клетки, участвующие в воспалении и скептическом шоке, имеют повышенное количество меди, которая отвечает за изменения в пластичности клеток. Интересно, что медь поглощается клетками через белок CD44 и гиалуроновую кислоту, которая также входит в состав многих косметических продуктов. Исследовательская группа уже представила доказательства поглощения металла CD44 раковыми клетками, опубликованные ранее в журнале. Химия природы. CD44 — это белок, который широко изучался на протяжении десятилетий и обнаружен во многих типах клеток, включая клетки иммунной системы, раковые клетки, клетки, участвующие в заживлении ран, клетки-предшественники эритроцитов и многие другие. Ученые показали, что медь, поглощаемая CD44, накапливается в митохондриях клеток, которые являются органеллами, ответственными за выработку энергии.
Дальнейшая полицейская работа по исследованию фундаментальных процессов привела к выводу, что медь контролирует обмен веществ в этих митохондриях, т.е. оказывает прямое влияние на производство энергии клеткой. Это, в свою очередь, изменяет уровни молекул, называемых метаболитами, которые влияют на то, как гены считываются в клетке. В частности, были затронуты уровни NAD(H), которые являются одним из наиболее известных и наиболее важных метаболитов, известных в клетках человека. Короче говоря, эти изменения влияют на то, что клетка может делать и как она выглядит, а также на ее функцию.
Кроме того, ученые разработали новый небольшой наркотик-подобная молекула на основе противодиабетического препарата метформина, которая может блокировать эти процессы, связывая и инактивируя эту медь. Затем это влияет на производство энергии клеткой и, в конечном счете, на ее функцию. Таким образом, в контексте иммунных клеток исследователи смогли добиться менее агрессивных иммунных клеток и ослабить воспаление на моделях мышей. Этот новый прототип лекарства может спасти мышей от септического шока.
Но это еще не все. Исследование также показало, что эти фундаментальные процессы, лежащие в основе воспаления, также обнаруживаются при раке, точнее, в молекулярных событиях, которые могут вызвать образование метастазов! Таким образом, этот подход потенциально может быть принят для борьбы с метастазами. Поскольку ежегодно в мире от септического шока умирает более 11 миллионов человек, а 90% смертей от рака связаны с метастазами, сейчас есть большая надежда, что это можно будет превратить в новые лекарства, которые смогут помочь многим пациентам в глобальном масштабе.
В целом, это исследование показывает большие перспективы как на уровне фундаментальных молекулярных исследований, так и на уровне потенциальных клинических применений. Это также ставит вопрос о том, сколько меди полезно для нас?
Источник: Институт Кюри.
