Авторы исследования наткнулись на необычное явление случайно, когда изучали плоских червей-планарий. Биологов интересовало, как эти организмы, лишенные привычных антител, справляются с инфекциями во время восстановления поврежденных тканей. Под микроскопом ученые заметили странную картину: некоторые клетки стремительно исчезали, оставляя после себя зону тотального выжженного поля, заполненную мертвыми соседями. Проверив, что это не оптическая иллюзия или ошибка эксперимента, команда детально описала феномен. Работа опубликована в журнале Cell.
Ученые обнаружили «иммунную бомбу»: эта клетка при гибели разбрасывает токсины, и все вокруг нее гибнет
Ученые обнаружили новый вид иммунных клеток, названных руптобластами. При активации особым белком они буквально взрываются, уничтожая вокруг себя все живое. Этот уникальный механизм клеточной гибели, получивший название руптоз, кардинально отличается от уже известных науке процессов. Открытие было сделано в ходе исследования плоских червей, способных к феноменальной регенерации.
Целые иммунные клетки (левая колонка) распались (правая колонка) всего через 100 секунд после того, как их разрушение было инициировано добавлением гормона. Плазматическая мембрана клетки (нижний ряд, желтый цвет) начала разрываться через 60 секунд после добавления гормона. C. Chai et al./Cell
Суперсила планарий. Плоские черви планарии, на которых ученые совершили свое открытие, давно поражают биологов уникальной способностью к регенерации. Если разрезать эту капельку живой материи на множество мелких кусочков, каждый из них со временем превратится в полноценного нового червя. За эту суперсилу отвечают необласты — особые стволовые клетки, составляющие значительную часть тела взрослого червя. При любой травме они устремляются к ране, начинают активно делиться и могут превратиться в клетки абсолютно любого типа, будь то элементы нервной, пищеварительной или, как теперь выяснилось, взрывной иммунной системы.
Плоский червь Schmidtea mediterranea способен регенерировать из отдельных частей тела, восстанавливая при этом полноценный организм. Ученые полностью расшифровали этот геном, отличающийся исключительной степенью повторяемости.
Как выяснилось, пусковым крючком для взрыва служит гормон активин. Как только руптобласт распознает его, внутри клетки резко накапливается кальций, создавая мощный градиент давления, из-за которого клетка разрывается менее чем за две минуты. В лабораторных условиях гибель всего одного руптобласта приводила к уничтожению до семидесяти окружающих клеток, включая бактериальные, животные и даже человеческие. Соавтор работы Бо Ван из Стэнфордского университета признался: «Скорость и полнота разрушения клеток нас очень удивили».
Тайны эволюции и цена выживания
Схема иммунного взрыва. https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00567-2
До сих пор науке были известны другие варианты клеточной смерти, такие как апоптоз или ферроптоз, но они протекают медленно и требуют прямого контакта. Руптоз больше похож на пироптоз, при котором клетки лопаются от повреждений, но имеет свои уникальные черты. Точное вещество, выступающее в роли яда, пока не определено, но ученые предполагают, что это небольшой белок.
Примечательно, что механическое разрушение руптобластов без активина не вредит окружению, а значит, именно этот гормон активирует токсин. Генетические маркеры похожих клеток исследователи уже обнаружили у других двусторонне-симметричных животных, например, у дождевых червей.
Это указывает на древнее происхождение механизма, который закрепился у видов с высокой способностью к регенерации. Бо Ван добавил: «Мы думаем, что планарии и другие регенерирующие животные сохранили эти клетки, так как могут себе позволить подобный радикализм. Им легко устранить последствия бойни, быстро создав новые ткани взамен уничтоженных».