Биологи из МГУ исследовали клеточный каннибализм в раковых опухолях

Сотрудники биологического факультета МГУ имени М.В.Ломоносова изучили стадии энтоза — процесса гибели клетки, при котором одна клетка внедряется в другую и переваривается в ней. Энтоз может стать новым способом уничтожения раковых клеток. Исследования проходили в рамках проекта «Ноев ковчег», а его результаты были опубликованы в журнале Scientific Reports.

Энтоз — это один из вариантов программированной клеточной гибели, один из типов клеточного каннибализма. Процесс заключается в том, что одна клетка поглощается другой и уничтожается в ней. В энтозе могут участвовать все клетки, способные прикрепляться друг к другу. Чаще всего это опухолевые клетки, которые могут поглощать как себе подобные, так и здоровые клетки. Ученые предполагают, что с помощью энтоза можно будет, наоборот, уничтожать те раковые клетки, которые устойчивы к лекарствам, вызывающим апоптоз. Апоптоз — это другой вариант программированной гибели, при котором клетка просто распадается на отдельные апоптотические тельца.

У поглощающей (энтозной) клетки образуется вырост плазматической мембраны — своеобразная складка, которая «накрывает» внедряющуюся клетку. Затем плазматическая мембрана «схлопывается» вдоль складки, и таким образом внедряющаяся клетка оказывается внутри энтозной вакуоли, где удерживается с помощью специализированных контактов — десмосом. Вскоре мембрана, из которой состоит вакуоль, начинает изменяться: в ней исчезают белки десмосом, но появляются белки, которые нужны для слияния с лизосомами — органеллами, которые впоследствии «переварят» внедрившуюся клетку. Лизосомы энтозной клетки сливаются с мембраной вакуоли, и в вакуоль поступают пищеварительные ферменты для разрушения внедрившейся клетки. Внутри внедрившейся клетки тоже активируются лизосомы, и их становится больше. В результате внедрившаяся клетка разрушается и погибает. Продукты, которые образуются при расщеплении белков, ДНК, липидов, полисахаридов и прочих молекул внедрившейся клетки, могут служить дополнительным питанием для энтозной клетки.

Авторы выяснили, что процесс энтоза состоит из пяти последовательных стадий. Переход от одной стадии к другой сопровождается изменением геометрических форм энтозной и внедрившейся клеток, некоторых мембранных органелл (аппарат Гольджи, митохондрии, лизосомы). Ученые выделяли стадии по форме внутренней клетки, структуре ее ядра и по состоянию цитоплазмы обеих клеток.

Ученые также показали, что в реализации программы энтоза важную роль играют аппарат Гольджи, входящие в состав цитоскелета микротрубочки и актиновые микрофиламенты (нити из белка актина, которые присутствуют во всех эукариотических клетках). Доказано, что экспериментальное разрушение этих трех компонентов препятствует внедрению одной клетки в другую, но не останавливает деградацию уже внедрившейся клетки. Это значит, что эти компоненты не участвуют в заключительных этапах энтоза. Данный принцип гибели одной клетки внутри другой работает в субстрат-зависимых культурах — клетках, которые растут и делятся в культуре только при контакте с плотной поверхностью, такой как стекло или пластик.

«Мы продемонстрировали, что энтоз возможен не только при росте клеток в суспензионном состоянии (во взвешенном состоянии в жидкой среде), но и при прикреплении их к субстрату и друг к другу. Мы впервые обнаружили стадийность этого процесса и возможность воздействия на определенные стадии», — рассказала один из авторов статьи Галина Онищенко, доктор биологических наук, заведующий кафедрой клеточной биологии и гистологии биологического факультета МГУ.

В ходе работы ученые исследовали раковые клетки эпидермоидной карциномы и клетки аденокарциномы человека, потом наблюдали за ними. Для выделения энтозных клеток авторы использовали иммуноцитохимическое и цитохимическое окрашивание, а наблюдение за ними осуществили при помощи митроскопических методов. Так, кроме стандартного светового микроскопа, ученые использовали видеомикроскопию — световую микроспопию с видеоусилением, с помощью которой определили некоторые количественные параметры препарата. Флуоресцентная микроскопия позволила исследовать отдельные клетки. С помощью конфокального микроскопа можно получить «виртуальные срезы» клетки, из которых создается её трехмерная модель. Исследования на сканирующем и трансмиссионном электронных микроскопах, использующие сфокусированный пучок электронов, взаимодействующий с образцом, позволили получить увеличенные изображения объекта и его химический состав. Также ученые использовали корреляционную микроскопию, которая соединяет в себе методы световой и электронной микроскопии, что важно для биомедицинских исследований.

Чтобы найти способ запустить энтоз с помощью химиотерапевтических воздействий, учёным необходимо доказать его возможность при взаимодействиях клеток друг с другом и с субстратом, а также понять, как одни клетки внедряются в другие. Возможность запуска процесса энтоза важна в тех случаях, когда опухолевые клетки устойчивы к веществам, вызывающим апоптоз. Авторы отмечают, что они продолжают исследовать явление энтоза при ряде химиотерапевтических воздействий. Это позволит в будущем учитывать вклад энтоза в процессы усиления опухолевой прогрессии и в развитие резистентности опухолевых клеток к химиотерапевтическим препаратам.

«Результаты работы показывают, что стадийность энтоза включает в себя последовательные изменения различных структурных и функциональных характеристик энтозной и внедряющейся клеток. Это в дальнейшем позволит определить механизмы перехода от одной стадии энтоза к другой и найти способы управления данным вариантом программированной клеточной гибели», — заключила Галина Онищенко.

Работа проходила в сотрудничестве с учеными из Национального института злокачественных новообразований (США).

На фото: энтоз в культуре клеток кожи человека: а — морфология клеток при энтозе, окрашивание гематоксилином-эозином, световая микроскопия; б-г – доказательство локализации клетки внутри другой клетки: б — фазово-контрастная микроскопия; в — цитохимическое окрашивание ядер с помощью DAPI, флуоресцентная микроскопия; г  СЭМ. Зеленой стрелкой показана наружная клетка, красными — внутренние. Фото А.С. Гараниной.