Новое исследование показывает, как эпителиальные клетки естественным образом меняют свою численность, поддерживая постоянный количественный баланс между клеточным делением и гибелью клеток и к чему могут приводить нарушения их количества.
Эпителиальные клетки включают не только кожу, но также покрывают внутренние органы, создавая тем самым защитный барьер для функционирования органов должным образом. Клетки в эпителии преобразуются очень быстро. Для поддержания здоровой плотности клеток, равное их число должно разделиться и умереть. Если этот баланс нарушается, возможно развитие воспалительных заболеваний – например, астмы, бронхита, а также рака.
Исследователи отмечают, что если слишком много эпителиальных клеток умирает, возможна потеря барьерной функции органа и развитие воспалительных заболеваний. С другой стороны, если образуется слишком много новых клеток по сравнению с умершими, возможен переизбыток клеток и образование опухоли. Дисбаланс с обеих сторон ведет к проблемам.
Около 90% случаев рака возникают в простом эпителии, который покрывает органы. Понимание того, что обычно контролирует деление и гибель клеток, и как связаны между собой эти процессы, имеет важное значение, т.к. способно объяснить формирование заболеваний. В то время как ученые ранее изучали деление и гибель клеток в ответ на экспериментальные триггеры, остается не до конца ясно, как эти процессы происходят естественным образом.
Команда обнаружила ответ на эту загадку: деление клеток и их гибель зависят от противостояния механическим напряжениям. В частности, растягивание эпителиальных клеток приводит к их делению, а скученность клеток приводит к их выталкиванию и смерти. Ученые ожидали обнаружить какой-то механизм регулирования, связавший бы процессы смерти и деления клеток. Полученные данные сводятся к простым принципам – все объясняет механическое напряжение. Если клеток становится слишком много – в 1,6 раз больше – некоторые клетки постепенно отмирают. Этот процесс позволяет им вернуться к необходимой плотности.
С другой стороны, было замечено – клетки делятся в областях, где их меньше всего. Эти области создают напряжение в клетках, из-за чего те растягиваются. Слишком редкое их расположение приводит к активации клеток к делению, сигнал разрыва происходит от механического растяжения. Для проверки этого предположения специалисты растянули клетки и обнаружили, что это может спровоцировать клетку разделиться течение всего одного часа. Этот процесс также показал, что растяжение является нормальным толчком для деления клеток.
Команда анализировала клетки толстой кишки человека, клетки рыбки данио и собаки. Места, где клетки делятся, всегда оказывались более вытянутыми – в 1,6 раза больше, так же, как в случае со смертью клеток.
Следующий вопрос касался причин, приводящих к этим процессам. Оказалось, что деление и гибель клеток находились под контролем одного и того же белка, Piezo1. В основном, этот белок чувствителен к скученности и растяжению, но результат сильно отличается в зависимости от того, в каком состоянии находятся клетки. Piezo1 можно сравнить с термостатом, регулирующим две разные стороны. Так же, как термостат регулирует тепло и холод, здесь он служит датчиком измерения скученности и растяжения. Если бы было два отдельных регулятора, ситуация могла бы  выйти из-под контроля довольно быстро при поломке одного из датчиков.
В дополнение к пониманию того, как Piezo1 участвует в регуляции, команда также определила стадию клеточного цикла, где те задерживаются для «ремонта». Обычно предполагалось, что если клетки начинают цикл деления, они доходят до его конца. Оказалось, что они берут перерывы в течение всего клеточного цикла. Ученые нашли точку, где клетки оставались «заглохшими» в ожидании деления. Чтобы произошло деление клеток, ДНК должна продублироваться, обеспечивая каждую новую ячейку тем же кодом. Эти «замершие» клетки имеют наготове все, чтобы разделиться, но останавливаются на определенном шаге. Клетки могут быть приостановлены в ожидании достижения ими определенного размера. После того, как они достигают этого размера, запускается процесс деления.
Понимание того, как клетки делятся, гибнут и чем регулируются эти процессы, дает ученым более полное представление о развитии астмы или рака и возможных способах лечения таких заболеваний.

Источник: Nature