Язык общения раковых клеток

Ученые из Института исследования мозга (г. Сидней, Австралия) в ходе проведенных экспериментов получили новые данные, которые способны расширить знания о клеточной природе злокачественных опухолей.
В частности, исследовалась способность клеток опухоли воздействовать на здоровые клетки организма. Были получены подтверждения, о способности раковых клеток отсылать информационный материал, который обладает способностью воздействовать на нормальные клетки и изменять у них уровень экспрессии генов. В ходе экспрессии генов содержащаяся в них информация о наследственности используется в процессе синтеза РНК и белков. Точность прохождения экспрессии очень важна, так как она является определяющим фактором дифференциации клеток и контроля клеточной структуры.
Любой живой организм это «спаянная», интегрированная конструкция множества различных, или, говоря по-другому, дифференцированных клеток. Несмотря на большое разнообразие существующих клеток, все они работают на общее дело, все нуждаются друг в друге. Их слаженное функционирование обеспечивается отлаженной системой межклеточных коммуникаций. Вначале сигнал вырабатывается одной клеткой (или группой клеток), передаётся другим клеткам, а затем следует его обработка и ответная реакция.

Существуют разные коммуникационные системы, способные координировать функциональность клеток. Давно известны:
• Молекулярные клеточные контакты посредством вырабатываемых биологически активных веществ и наличия у клеток чувствительных к ним белковых молекул-рецепторов. К таким веществам относятся нейромедиаторы и гормоны
• Межклеточные контакты непосредственно взаимодействующих, рядом расположенных клеток при помощи рецепторов и соответствующих им адгезионных молекул

Для указанных двух механизмов предусмотрено взаимодействие белковой молекулы-рецептора клетки и соответствующей ей сигнальной молекулы. В результате происходит запуск генетически запрограммированной цепи последовательных реакций. Эти реакции стереотипные, но далеко непростые. Например, выработка и отдача в кровь инсулина, осуществляемая клетками поджелудочной железы, будет означать для мышечных и жировых клеток сигнал к поглощению растворённой в крови глюкозы, а для клеток печени (гепатоцитов) – сигнал начать синтез гликогена.

Но такие виды коммуникаций не всегда бывают, достаточны для надёжного поддержания жизнедеятельности организма в изменчивой и, как правило, непредсказуемой и суровой среде. Указанный механизм не даёт надёжного и максимально правильного решения для адаптации в случае внезапных стресс-факторов. Возможно ли существование дополнительных, альтернативных путей передачи информации?
Исходя из известных положений теории (и некоторых фактов из практики), можно утвердительно сказать, что клетки имеют способность к передаче друг другу более совершенных и точных инструкций. Такими инструкциями являются мРНК (информационная РНК) и ряд особых молекул – микроРНК, регуляторы генной активности и процессов обмена веществ, транскрипционные факторы.
Известно, что подобные контакты, называемые щелевыми клеточными контактами, сформированы между близко расположенными клетками, в частности, эпителиальной ткани. Они представляют собой белковые каналы, через которые между клетками осуществляется обмен молекулами, а в некоторых случаях даже органеллами. Но здесь близкое расположение. А существует ли подобное взаимодействие между клетками, расположенными друг от друга на значительном удалении? А между принадлежащими к разным тканям организма?

Как выяснилось, большая роль в межклеточной коммуникации принадлежит микровезикулам. Это крошечные мембранные пузырьки (их диаметр составляет в пределах 50 ÷ 1000 нм), выделяемые различными клетками организма в жидкую среду. Микровезикулы выявлены в кровяной плазме, моче, амниотической жидкости и других жидких составляющих. Об их существовании в цитологии было известно давно. Но ещё недавно им не отводилось сколько-нибудь значимой роли и вообще считалось, что они только лишь побочный продукт апоптоза – клеточного распада.

Однако исследования самых последних лет, показали, что микровезикулы испускаются нормально функционирующими клетками самых различных тканей организма. Они образуются в результате выпячивания наружной клеточной мембраны, а также при экзоцитозе. При этом было установлено, что продуцирование микровезикул увеличивается при тканевой патологии. Тканевая патология это заболевания органов – воспалительные процессы, новообразования и др. Например, при воспалении почек, в моче, а также и в крови, будут присутствовать микровезикулы. Проведенный анализ их содержимого (белки, РНК), покажет, что микровезикулы отосланы именно почками. Почки взывают о помощи. При здоровых почках уровень микровезикул будет значительно ниже, и составом они будут несколько отличаться. Анализы показывают, что микровезикулы содержат белки, мРНК, микроРНК, а их мембрана имеет встроенные рецепторные белки и фосфатидилсерин. Более конкретно, состав зависит от типа ткани, которая произвела микровезикулу, и от функционального состава этой ткани. Формой и содержанием они во многом подобны липосомам.

Липосомы применяются в генной инженерии и экспериментальной медицине. С их помощью применяется адресная целевая доставка лекарственных веществ к заболевшим клеткам определённых органов. В онкологии лекарственные препараты характеризуются повышенным уровнем токсичности. Липосомы позволяют осуществлять транспортировку лекарств целевым образом именно к злокачественным клеткам. При этом клетки в состоянии нормы, здоровые, не будут испытывать воздействия токсических препаратов. Эти данные ведут к предположению, что микровезикулы исполняют функциональную роль, имеющую отношение к межклеточной коммуникации.

Полученные экспериментальные данные австралийских исследователей, позволяют говорить о ключевом значении микровезикул в развитии канцерогенеза.
В эксперименте in vitro (т.е. вне живого организма) биологами были выращены клетки глиомы – самой часто встречающейся злокачественной опухоли головного мозга. По ходу опытов собирали отделяемые раковыми клетками микровезикулы. После чего их разместили в окружении культуры здоровых клеток эндотелия мозговых капиллярных сосудов. В итоге было установлено – это взаимодействие вызвало многочисленные изменения уровней экспрессии генов в изначально здоровых клетках.

Тщательный анализ микровезикул глиомы показал наличие сложного комплекса кодирующих и некодирующих молекул РНК. Их пропорции отличаются от соответствующих пропорций в материнских клетках глиомы. Микровезикулы содержат меньший уровень микроРНК. Но зато, как бы взамен, присутствуют неизвестные короткие формы некодирующих РНК.
«По результатам этих исследований следует предполагать, что области здоровой ткани, подпадающие под воздействие микровезикул раковых клеток значительно более обширные, а оказываемое этими мельчайшими образованиями воздействие более сложное, чем ранее считалось», – отмечено в авторском отчёте.

Руководитель группы Майкл Баклэнд отметил схожесть этого процесса с твиттингом. «Скорее всего, группы раковых клеток, продуцируя микровезикулы, в режиме текущего времени поддерживают связь и определённым образом влияют на нормальные клетки, расположенные как в непосредственной близости, так и в наиболее отдалённых местах организма. Это напоминает своеобразный твиттинг», – сказал Баклэнд. При этом он предположил, что микровезикулы онкоклеток могут стать новой мишенью в лечении рака, а также, по причине их присутствия в циркулирующей крови, дополнительными биомаркерами в определении опасной болезни ещё на её ранних стадиях.