Эпителиальные клетки избавляются от слабейших

Эпителий обычно занимает пограничное положение: наше тело обращено к внешнему миру кожным эпителием, кишечник выстлан изнутри кишечным эпителием, альвеолы в лёгких – лёгочным эпителием, а ведь есть ещё кровеносные сосуды, мочевой пузырь с мочеполовыми протоками, почечные канальцы и пр. Быть на границе – значит получать постоянный вред от механического воздействия, от химических веществ, и от патогенов; кроме того, в эпителиальном слое часто сидят железистые клетки, а выделение железистых секретов нередко сопровождается их разрушением. В общем, эпителиальные клетки постоянно гибнут, и постоянно же восполняют потери. Если с восполнением потерь что-то пойдёт не так, в эпителиальном слое попросту образуется дыра, и вряд ли нужно пояснять, чем это чревато для отдельного органа и для организма в целом. С другой стороны, если эпителиальные клетки станут делиться очень активно, появится опухоль, и это, к сожалению, очень и очень вероятный сценарий – около 90% злокачественных новообразований возникают именно из эпителиальных клеток.

В общем, эпителию нужен очень точный механизм, который будет поддерживать в нём именно то число клеток, которое требуется. И недостаток клеток, и их избыток приводит к механическому напряжению. Это один из факторов, который напрямую влияет на динамику эпителиальных клеток. Молекулярным сенсором напряжения им служит мембранный белок Piezo1 – он регулирует поток ионов кальция, которые участвуют в разных сигнальных цепочках, связанных с клеточным жизненным циклом. О роли Piezo1 в делении клеток эпителия мы писали в связи с экспериментами сотрудников Университета Юты и Института Фрэнсиса Крика. Сейчас те же исследователи опубликовали в Nature новые подробности о саморегуляции эпителия.

Когда в эпителиальном слое случаются лишние клетки, они ликвидируются при участии непосредственных соседей – те буквально сжимают лишнюю клетку между собой и выталкивают её из  своих рядов. Вопрос в том, как клетки между собой решают, кто среди них лишний. Оказалось, начинается тут всё с электрических параметров клеточной мембраны, которые, в свою очередь, зависят от энергетического состояния клетки. В норме наружная мембрана поляризована за счёт разной концентрации ионов по обе её стороны; разную концентрацию обеспечивают белковые ионные каналы. Когда плотность клеток становится большой, специальные натриевые каналы, чувствительные к механическому напряжению, начинают пропускать лишние ионы натрия в клетку, и мембрана становится менее поляризованной. Почувствовав изменения в мембранном заряде, начинают действовать другие каналы, через которые из клетки уходит вода. Клетка уменьшается в объёме, и тут подключаются её соседи, выталкивающие её из эпителия.

Клетка может удержать поляризацию на мембране, но только если у неё на это есть энергия, то есть если у неё достаточно энергетических молекул АТФ. Иными словами, когда эпителий оказывается перенаселён, выбывает тот, у кого плохо идут дела с энергетическим обменом; эпителиальные клетки, если можно так сказать, избавляются от энергетически слабейших членов. Механизм, связанный с белком Piezo1, включается после того, как всеобщее сжатие показало, кого следует выдавить. Как было сказано, многие виды раковых опухолей развиваются именно из эпителиальных клеток, и, возможно, одна из причин здесь заключается в том, что среди клеток перестаёт работать отбор на выбывание.