Регулирующая сужение трубкиМногие фундаментальные процессы жизни зависят от биологических структур, известных как эпителиальные трубки. Эти трубки служат для транспортировки различных газов, жидкостей и клеток по телу. Например, с каждым вдохом эпителиальные трубки транспортируют кислород в легкие.
Наши кровеносные сосуды, почки и поджелудочная железа, молочные железы, слюнные и слезные железы — все в основном состоят из эпителиальных трубок. Однако эти трубки — больше, чем просто биологическая водопроводная система.
Напротив, они являются динамическими структурами, которые должны противодействовать внешнему давлению, чтобы предотвратить их набухание или разрыв. Внутренняя способность эпителиальных трубок сужаться помогает поддерживать их целостность. Это сокращение является результатом сократимости актомиозина, скоординированного движения волокон, состоящих из белка, известного как актин, и моторного белка, известного как миозин.
Проблемы с сократимостью эпителиальных трубок вызывают астму, повышенное кровяное давление и желудочно-кишечные расстройства. Каждое из этих заболеваний поражает миллионы людей во всем мире, резко влияя на качество их жизни.
Ученые MBI обнаружили механизм обратной связи, который регулирует сократимость эпителиальной трубки в живом организме, нематодном черве C. elegans. C. elegans — гермафродит и поэтому может размножаться путем самооплодотворения. Внутри червя находится «конвейерная лента» неоплодотворенных яиц. Во время овуляции одна яйцеклетка выделяется в структуру, известную как «сперматека», которая представляет собой трубку в форме гармошки, в которой находится сперма.
После оплодотворения сокращение трубки на основе актомиозина выталкивает оплодотворенный эмбрион в матку. Этот цикл повторяется примерно 150 раз на протяжении жизни взрослого червя.Это сокращение похоже на то, что наблюдается в других эпителиальных трубках.
Сходство привело к тому, что главный исследователь MBI, доцент Ронен Зайдель-Бар и аспирант Тан Пей Йи использовали сперматеку в качестве модели для изучения сокращения эпителиальной трубки. При этом был идентифицирован новый механизм регуляции, и было показано, что белок, известный как SPV-1, поддерживает регулярные циклы сократимости актомиозина.
У мутантов, лишенных функции SPV-1, была отмечена гиперактивная сократимость с преждевременным выходом эмбрионов из сперматеки.Примечательно, что именно взаимодействие между локализацией SPV-1 внутри клетки и формой клеточной мембраны контролировало сократимость трубки.
В пустой сперматеке SPV-1 прикреплялся к свернутым извитым клеточным мембранам, где он действовал как белковый барьер, предотвращающий сократительную способность актомиозина. Однако по мере того как сперматеальные клетки растягивались при входе в яйцеклетку, SPV-1 отделялся от выпрямленной мембраны.
После того, как преграда была удалена, произошла сократимость актомиозина, и оплодотворенный эмбрион был выброшен в матку. После завершения репродуктивного цикла сперматека схлопывалась, и SPV-1 повторно локализовался на складчатой ??мембране. Однако при мутации SPV-1 он оставался прикрепленным к мембране независимо от кривизны мембраны.
В этом случае актомиозин не смог сократиться, что привело к накоплению множества эмбрионов в сперматеке. Это открытие подтвердило, что SPV-1 действительно является механочувствительным.Элегантная система обратной связи, обнаруженная в этом исследовании, связывает регуляцию сокращения с формой и функцией эпителиальных трубок посредством механической и биохимической передачи сигналов.
Он также может представлять собой универсальный механизм, регулирующий сократимость других эпителиальных трубок, в том числе тех, которые встречаются по всему нашему телу. Расширение этого механизма до наших нынешних знаний о сократимости и понимания того, как он регулирует сужение эпителиальной трубки человека, может привести к новым методам лечения таких заболеваний, как астма или сердечно-сосудистые заболевания.