Ученые выяснили, как медузы заживляют раны за считанные минуты

Фото из открытых источников

Если посмотреть, как медуза заживляет рану, то можно увидеть нечто почти невероятное: клетки ползут навстречу друг другу, словно крошечные исследователи, зашивая разрыв за считанные минуты, не оставляя шрама. 

Новые исследования наконец-то позволили определить механизм, лежащий в основе этого быстрого восстановления без образования рубцов, и этот процесс поразительно похож на то, как наши собственные клетки пытаются, и часто безуспешно, сделать то же самое. Работу возглавила Джоселин Малами из Чикагского университета, которая изучает вид Clytia hemisphaerica уже почти десять лет. Результаты исследования опубликованы в журнале Molecular Biology of the Cell.

Известная большинству людей медуза, свободно плавающая в форме колокола, — это лишь малая часть истории жизни этого существа.

«Клитии — это гидрозои, поэтому в основном они существуют в виде колоний полипов, которые растут вдоль поверхности камней, на причалах или на нижней стороне подводных листьев», — объяснил Малами. 

Периодически эти колонии выпускают в воду детенышей медуз, подобно тому, как кустарник цветет. Медузу можно сравнить с цветком — она недолговечна и склонна к размножению, а колония полипов похожа на кустарник — это долговечная структура, которая продолжает цвести. В то время как медузы живут всего несколько месяцев, колонии полипов могут существовать неограниченно долго.

Примечательность медуз рода Clytia заключается не в их жизненном цикле, а в скорости заживления ран.  Небольшие раны заживают за считанные минуты. Более крупные закрываются менее чем за час — скорость, недостижимая для человеческой раны, и, что особенно важно, рубцы не образуются.

«Заживление ран у медуз больше похоже на эмбриональное заживление, то есть без образования рубцов», — сказала Малами.

Такое сочетание – прозрачность, скорость и отсутствие рубцов – делает Clytia необычайно наглядной системой, позволяющей увидеть, как на самом деле происходит заживление ран. 

Исследователи могут наблюдать за движением живых клеток в режиме реального времени. Нет никакой иммунной системы, вызывающей воспаление в этой области, нет регенерации капилляров, которая могла бы запутать картину, — только эпителиальные клетки, выполняющие свою работу, видимые и бесперебойные.

«Многие процессы, которые мы наблюдаем при заживлении ран у Клитии, очень похожи на те, что наблюдаются во всех других системах, включая системы млекопитающих», — сказал Малами. «Глядя на эти эпителиальные клетки, вы бы и не догадались, что это медуза. Это мог бы быть любой слой плоских эпителиальных клеток, и это хорошо, потому что это означает, что, будем надеяться, знания, полученные при изучении медуз, помогут нам понять и других животных».

Эпителиальные клетки образуют наружные и внутренние оболочки организма, нашу кожу , кишечник и практически все поверхности, которые регулярно повреждаются и нуждаются в самовосстановлении. Это делает их центральной мишенью исследований в области заживления ран в целом.

Впервые Малами описала процесс заживления эпителиальных ран у Clytia еще в 2017 году вместе с группой студентов во время стажировки в Морской биологической лаборатории (MBL), а в 2018 году расширила эту работу в статье, опубликованной совместно с преподавателем MBL Майклом Шрибаком. 

В своей новой статье она затрагивает более сложную проблему: в этой области существуют разногласия по поводу того, какие именно механизмы определяют заживление эпителия у разных организмов и при разных типах ран. Малами показывает, что в Клитии все сводится к двум структурам, работающим последовательно и скоординированно независимо от размера или формы раны.

Первыми реагируют ламеллиподии, которые Малами описывает как «щупальца, похожие на ножки, представляющие собой богатые актином отростки клетки».  Эти структуры ведут себя почти как крошечные амебы, выползая из клеток по краю раны и пересекая базальную мембрану — белковый слой, который находится под всеми эпителиальными клетками во всех системах. Ползая, они тянут за собой остальную часть клетки, постепенно растягивая тела клеток через образовавшуюся щель, пока рана не закроется.  

В новой статье показано, что эти ламеллиподии образуются даже в ранах настолько малых размеров, что происходят внутри одной клетки, — деталь, которую никто ранее не документировал. Позади продвигающихся ламеллиподий формируется вторая структура: актомиозиновый кабель. Как только ламеллиподии полностью покрывают обнаженную базальную мембрану, этот кабель сокращается, способствуя заживлению раны.

Кабель приобретает особую важность, когда повреждается сама мембрана фундамента. 

«Если ламеллиподии наткнулись на какие-либо обломки или разрыв в базальной мембране и не могут двигаться дальше, актиновый филамент может перетащить клетки через повреждение базальной мембраны, а также удалить обломки раны», — сказала Малами.

Ламеллиподии могут растягиваться лишь до определенного предела. Если рана слишком велика, чтобы отдельные клетки могли ее перекрыть, независимо от того, насколько далеко они могут распространиться, запускается другая реакция: коллективная миграция клеток, при которой весь эпителиальный слой «поднимается и начинает двигаться», — объяснила Малами. 

Когда ламеллиподии с противоположных краев наконец встречаются, рана закрывается, используя тот же основной механизм, что и при более мелких повреждениях.

«Это поистине элегантный механизм, благодаря которому система может быстро адаптироваться и залечивать всевозможные раны, которые могут возникнуть в природе», — сказала Малами.

Одна часть головоломки остается неразгаданной: как происходит восстановление базальной мембраны после того, как клетки уже переползли через поврежденный участок. 

«Замечательно, что рану можно залечить, просто проведя по ней клетками, но в какой-то момент поврежденная базальная мембрана должна восстановиться», — отметила Малами. 

Она отмечает, что этот вопрос остается без ответа не только в отношении медуз, но и любого организма, изученного до настоящего времени, и именно в этом направлении будут развиваться ее дальнейшие исследования.