Российские ученые смогли «заглянуть внутрь» особых внеклеточных везикул и узнать особенности их строения. Это своеобразная молекулярная «почта», которая устанавливает коммуникацию между клетками. Для этого специалисты использовали криоэлектронную микроскопию — современный физико-химический метод, позволяющий при моментальной заморозке образцов нанометрового размера исследовать их в условиях, близких к физиологическим. Как рассказали «Известиям» эксперты, состав везикул меняется при воспалениях, опухолях, нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваниях. Поэтому знание их структуры и происхождения может стать основой для новых методов диагностики и регенеративной терапии.
Что такое внеклеточные везикулы
Ученым биофака и факультета фундаментальной медицины МГУ удалось увидеть содержимое мембранно-ассоциированных внеклеточных везикул (МАВ). Сами по себе внеклеточные везикулы (ВВ) — это окруженные мембраной частицы, которые высвобождаются во внеклеточную среду. Попадая в другие клетки, они способны запускать в них серьезные изменения. Подобные структуры — своеобразная «почта», которая устанавливает коммуникацию внутри организма.
В норме ВВ присутствуют практически во всех физиологических жидкостях, они переносят между клетками сложные биохимические сигналы и принимают участие практически во всех физиологических процессах.
— При многих патологиях состав ВВ изменяется, и это может использоваться для диагностики этих заболеваний, — рассказала д.м.н., заведующая лабораторией Центра регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного института МГУ им. М.В. Ломоносова Анастасия Ефименко.
По словам ученых, среди многообразия ВВ недавно был открыт необычный класс — мембранно-ассоциированные внеклеточные везикулы. Они отличаются тем, что не путешествуют в среде свободно, а длительное время остаются прикрепленными к мембране клетки с внешней стороны.
Сотрудники МГУ провели исследования ВВ с использованием криоэлектронного микроскопа. Специалисты показали, что МАВ формируются из мезенхимных стволовых клеток, выделенных из жировой ткани человека. Липидная мембрана, окружающая каждую МАВ, отлично видна при исследовании замороженных образцов.
Справка «Известий»Криоэлектронная микроскопия — это современный физико-химический метод, позволяющий при моментальной заморозке образцов нанометрового размера (макромолекул, вирусов или мембранных везикул) исследовать их в условиях, близких к физиологическим.
Таким образом, в данном исследовании удалось показать наличие многослойных МАВ, содержащих несколько встроенных друг в друга везикул, окруженных липидной мембраной. Полученные результаты помогут в изучении физиологической роли мембранно-ассоциированных внеклеточных везикул в различных процессах внутри организма.
— В лаборатории электронной микроскопии биофака МГУ установлен один из трех криоэлектронных микроскопов в России. Без него подобные эксперименты были бы невозможны, — подчеркнула д.б.н., профессор кафедры биоинженерии биофака МГУ Ольга Соколова.
Роль внеклеточных везикул в воспалении и других патологиях
Ученым МГУ удалось буквально «заглянуть внутрь жизни и поймать момент» — увидеть, как ВВ выглядят в своем естественном состоянии, отметила молекулярный биолог Арина Холькина. С помощью криоэлектронной микроскопии они зафиксировали, как мезенхимные стволовые клетки выделяют мембранно-ассоциированные везикулы — особые частицы, которые не покидают клетку, а остаются на ее поверхности.
— Такое наблюдение помогает по-новому понять, как клетки общаются между собой. Известно, что состав везикул меняется при воспалениях, опухолях, нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваниях. Поэтому знание их структуры и происхождения может стать основой для новых методов диагностики и регенеративной терапии. Работа МГУ показывает, как фундаментальные исследования превращаются в инструмент медицины будущего, — сказала «Известиям» эксперт.
Исследователи при помощи криоэлектронной микроскопии впервые наблюдали многослойные МАВ, включающие несколько вложенных друг в друга везикул, окруженных липидной мембраной. Такие структуры могут быть важным звеном в межклеточной коммуникации — своеобразным «наномостом» между клеткой и внешней средой, пояснил директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ Денис Кузьмин.
— Исследование МАВ важно с точки зрения понимания механизмов регенерации, воспаления и межклеточной сигнализации. Новые данные позволяют пересмотреть существующие представления о путях коммуникации между клетками и закладывают основу для поиска новых биомаркеров заболеваний, — отметил ученый.
Проект, выполняемый в рамках гранта «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология», направлен на всестороннее изучение МАВ. Результаты работы опубликованы в журнале Microscopy and Microanalysis.