Ученые выяснили механизм работы кровотока в клетках печени
Печень разделена на участки, в которых клетки выполняют разные задачи, однако долгое время оставалось неясно, каким образом сосуды помогают поддерживать такую специализацию. Исследователи обнаружили механизм, связывающий движение крови с молекулярными сигналами, которые определяют работу клеток печени. О том, как кровоток влияет на специализацию клеток печени, — в материале «Известий».
Зоны печени: почему клетки одного органа работают по-разному
Работа ученых опубликована в научном журнале Nature Communications. Исследователи из медицинского факультета Мангейма Гейдельбергского университета и Немецкого центра исследования рака изучили, каким образом кровеносные сосуды участвуют в пространственной организации печени.
Печень выполняет множество функций: участвует в переработке и хранении питательных веществ, обезвреживании веществ и производстве белков крови. При этом гепатоциты — основные клетки печени — работают неодинаково в зависимости от того, где находятся внутри печеночной дольки. Такое разделение функций называют метаболической зональностью.
Важную роль в этом процессе играют эндотелиальные клетки, выстилающие мельчайшие кровеносные сосуды печени — синусоиды. Они выделяют сигналы, которые воздействуют на расположенные рядом клетки печени и помогают определять их функции.
Кровоток превращается в молекулярные инструкции
Исследование проводили на генетически модифицированных мышах. Ученые использовали одноклеточную транскриптомику, пространственный анализ белков и биомеханические методы, чтобы проследить связь между движением крови и активностью клеток сосудов.
Оказалось, что эндотелиальные клетки печени постоянно воспринимают механические силы, возникающие при движении крови. Именно эти гемодинамические воздействия формируют различные молекулярные программы внутри эндотелиальных клеток. При этом исследователи не обнаружили, что такую организацию определяют в первую очередь различия в концентрации кислорода или метаболических веществ.
Далее сосудистые клетки передают локальные сигналы соседним гепатоцитам через сигнальный путь Wnt. Он участвует в определении функций клеток печени и их обмена веществ.
Сосуды оказались частью системы управления
Ученые также обнаружили, что эндотелиальные клетки сами пространственно организованы таким образом, чтобы воспринимать и передавать эти сигналы.
Кихон Ли, первый автор исследования
Эндотелиальные клетки действуют как сложные биологические интерпретаторы. Они считывают физическую информацию из кровотока и преобразуют ее в биохимические сигналы, которые сообщают соседним клеткам печени, какие функции им следует выполнять.
Рецепторы Wnt были сосредоточены в тех участках, где эндотелиальные клетки производили соответствующие сигнальные молекулы. В результате формировались локальные сигнальные цепочки, поддерживающие особенности разных сосудистых зон.
Хельмут Августин, старший автор исследования
Наша работа меняет представление о том, как кровеносные сосуды контролируют функции органов. Кровеносные сосуды — не пассивные трубопроводы. Они активно измеряют механические силы, создаваемые кровотоком, и переводят их в молекулярные инструкции, которые организуют окружающую ткань.
Таким образом, физическое воздействие кровотока оказывается связано с биохимическими сигналами, которые влияют на окружающие клетки. Эндотелиальные клетки в этой системе выступают посредниками между механическими условиями внутри сосудов и функциями ткани.
Сигналы кровотока влияют и на сами сосуды
Обнаруженный механизм воздействует не только на гепатоциты. Биомеханическая программа также влияет на эндотелиальные клетки, в том числе на их форму и молекулярные связи с соседними клетками сосудов.
Исследователи рассматривают полученные результаты как пример того, каким образом характеристики микроокружения могут преобразовываться в сигналы, регулирующие работу тканей. Подобные механизмы передачи сигналов между сосудами и окружающими клетками изучаются и в других органах, включая сердце, легкие, мозг, почки и кости.
Что механизм может дать для изучения болезней печени
Нарушение нормальной зональности печени связано с хроническими заболеваниями, фиброзом и раком печени. Поэтому понимание того, как сосудистые клетки формируют сигналы для окружающей ткани, может помочь лучше изучить механизмы развития таких состояний.
Авторы предполагают, что в дальнейшем эти знания могут использоваться для поиска подходов, направленных не непосредственно на клетки печени, а на восстановление нормальной работы сосудистой системы и ее сигнальных программ. При этом результаты пока нельзя напрямую переносить на человека: исследование проводилось на мышах. Для оценки значения обнаруженного механизма при заболеваниях печени у людей потребуются дальнейшие исследования.
