Не тільки нейрони: вчені знайшли сигнальну архітектуру в «ненервних» клітинах

Цитонема в тканині личинки дрозофіли. Зображення - Thomas Kornberg.

Практично всі клітини в тілі тварини так чи інакше взаємодіють з сусідніми. Але багато вчених вважали, що тільки нейрони, спеціалізовані клітини, з яких, здебільшого, складається мозок і нервова система, виробляють структури, що дозволяють доставляти сигнали в певні місця на великі відстані.

Але два десятиліття тому професор Томас Корнберг (Thomas Kornberg) з Каліфорнійського університету в Сан-Франциско (University of California, San Francisco) опублікував знакову роботу, в якій переглядалася ця розхожа думка і доводилося, що нейрони не унікальні з цієї точки зору. Більшість вчених думали, що «ненервні» клітини комунікують, випускаючи молекули, що поширюються в позаклітинній рідині, поки їх не захоплять сусідні клітини. Але група під керівництвом Корнберга відкрила схожі на провідник відростки, які назвали цитонемами. Також вчені з'ясували, що ці структури працюють як клітинна залізниця, точно доставляючи молекулярні повідомлення віддаленим клітинам.

Зараз, у дослідженні, опублікованому в журналі Science, лабораторія Корнберга показала, що хімічні речовини, які працюють як нейромедіатори в нервовій системі, також важливі для цитонем, вони опосередковують клітинну взаємодію між «ненервними» клітинами. При цьому сигнальна система цитонеми використовує один з тих же хімічних медіаторів, що і нервові клітини. Робота Корнберга виявляє безліч паралелей між сигнальною системою цитонеми і нейронною комунікацією, включаючи здатність передавати сигнали в певний час і в певне місце з таким рівнем точності, який раніше зв'язувався з роботою нейронів.

Нейрони зв'язуються з віддаленими клітинами, передаючи сигнали по аксонах, мікроскопічних волокнах, що ростуть з тіла нервової клітини і поширюються на великі відстані до своєї мети. Коли ці відростки досягають мети, вони формують зв'язок, що називається синапсом. Це місток, що зв'язує нейрон з партнером по комунікації, він сприяє доставці молекулярних повідомлень, відомих як нейромедіатори.

Така форма міжклітинної комунікації вважалася пов'язаною виключно з нервовою системою. Але Корнберг проводив дослідження 20 років, зосередившись на доказі, що нейрони - не єдині клітини, які виробляють «провідники», що формують синапси і здатні направляти молекулярне повідомлення адресно, у віддалене місце розташування.

"Ми побачили, що звичайні", ненервні "клітини, пускали довгі відростки і формували синапси, схожі на ті, що створюються нейронами. Ми не уявляли, що аналогія пошириться і на багато інших визначальних якостей синаптичних сигналів ", - говорить Корнберг.

Згідно з останнім дослідженням, цитонеми не тільки виглядають як аксони, але і сприяють комунікації клітин. Вони використовують глутамат (найбільш поширений нейромедіатор, використовуваний мозком і нервовою системою), щоб передавати сенсорні дані, формувати спогади і робити багато іншого.

У лабораторії Корнберга раніше довели, що цитонеми у дрозофіл доставляють ключові сигнали, що вказують клітинам приймати спеціальні риси і складатися в органи. Тепер же, використовуючи техніки молекулярної візуалізації, розроблені спеціально для вивчення сполучення між нейронними синапсами, команда Корнберга змогла показати, що цитонеми також формують синапси, що доставляють важливі для розвитку сигнали і активуються глутаматом.

Коли дослідники краще розглянули синапси цитонем, вони зрозуміли, що не тільки глютамат служить молекулою для сигналізації. За відправлення та отримання інформації відповідальні також молекулярні комплекси на відповідних кінцях синапсу цитонеми, там були знайдені еквіваленти закінчень нейронного синапсу.

"Ця робота вперше говорить про такий вид сигналізації" ненервних "клітин. Вона пов'язує два різних поля, біологію розвитку і нейронауку. Вона спростовує парадигму, що довгий час визнавалася вірною, і позначає загальнодоступний базовий механізм передачі сигналів ", - говорить Корнберг.

Хоча аксони докладно досліджували протягом усього століття, цитонемам вдалося уникнути розпізнання, поки вони не були описані Корнбергом у 1999 році. Він припускає, що цитонеми так довго залишалися непоміченими через невеликий розмір і недовговічність. Вони на порядок менше, ніж аксони і не могли бути помічені при традиційних методах підготовки клітин для розгляду в мікроскопі.

Корнберг також припускає, що цитонеми можуть бути еволюційними попередниками аксонів. У роботі наголошується, що деякі примітивні тварини, у яких немає аксонів і нейронів, мають гени, необхідні для цитонемної сигналізації.