Процесс того, как клетки точно и быстро координируют действия при создании новой ткани, сложен. Они должны коллективно решить, какие ячейки должны выполнять определенные задачи, и убедиться, что не слишком много или слишком мало ячеек выполняют каждую роль.
В своем исследовании, опубликованном в Philosophical Transactions of the Royal Society B, исследователи обнаружили, что при выращивании новых кровеносных сосудов клетки принимают коллективные решения, используя процесс активного восприятия. Вот где перемещение, чтобы лучше почувствовать окружающую среду, помогает принять решение.
Исследователи сравнивают это с входом в темную незнакомую комнату и вытягиванием рук, чтобы нащупать стену в поисках выключателя света. В случае с клетками они протягивают длинные “ пальцы ” и нащупывают свой путь в окружающей среде. Это позволяет им быстро выбрать ячейку, которая воспринимает больше всего сигналов из окружающей среды, чтобы стать их лидером. Этот лидер, называемый концевой клеткой, продвигает новый кровеносный сосуд вперед.
Кэти Бентли, старший автор и руководитель группы лаборатории клеточного адаптивного поведения в Крике и старший преподаватель Королевского колледжа в Лондоне, говорит: «В большинстве учебников биологии процессы изложены шаг за шагом в определенном порядке. Молекула A связывается с рецептором B и вызывает движение C. В случае этого важного коллективного клеточного решения шаги происходят рядом друг с другом, а не последовательно, поскольку клетки одновременно перемещаются, «решая», как сформировать новую ткань.
«Эта способность использовать обратную связь от движения по миру при совершении выбора – это то, что мы обычно связываем с« высшими организмами », поэтому признание того, что эти процессы также играют роль в более основных живых системах, может выявить фундаментальные аспекты биологических функций, побуждающих их к вести себя как они.
"И в тех случаях, когда этот процесс пошел не так, как надо, он может даже открыть новые методы лечения и лечения, которые влияют на эти процессы обратной связи."
В своей доказательной работе исследователи сосредоточили внимание на формировании кровеносных сосудов, которые имеют жизненно важное значение для развития и восстановления здоровых тканей и часто не регулируются при заболеваниях.
В начале этого процесса некоторые эндотелиальные клетки на внешней стороне существующего кровеносного сосуда превращаются в концевые клетки.
Эти верхние клетки имеют на своей поверхности длинные пальцеобразные выступы, называемые филоподиями, и первыми выходят из существующего сосуда, образуя головку нового, прорастающего сосуда.
Многие аспекты времени и клеточных взаимодействий, участвующих в этом процессе, в том числе то, как эндотелиальные клетки решают, какие из них должны стать концевыми клетками, еще не изучены.
Используя компьютерное моделирование и исследования эмбрионов рыбок данио, исследователи обнаружили, что филоподии начинают формироваться на поверхности клетки еще до того, как они превращаются в концевую клетку. Затем филоподии распространяются на окружающую ткань и обнаруживают сигналы, которые могут либо запустить клетку, чтобы стать концевой клеткой, либо подавить ее. Этот процесс движения и восприятия филоподий составляет активную петлю обратной связи восприятия.
Важно отметить, что для предотвращения превращения всех ячеек в верхние ячейки соседние ячейки посылают сигналы друг другу, так что только каждая другая ячейка специализируется.
Бахти Закиров, автор и исследователь из Лондонского колледжа Крика и Кинга, говорит: «Было интересно обнаружить, что создание филоподий происходило до того, как клетки полностью превратились в верхние клетки. До сих пор эти выступы считались просто конечным продуктом процесса принятия решений клетками. Мы перевернули это с ног на голову и показали, что клетки используют филоподии, чтобы лучше ощущать окружающую среду и информировать о своем решении, подчеркивая обратную связь между движением и восприятием как важным игроком в процессе принятия решений."
Когда исследователи разрушили филоподии в своих компьютерных моделях и у эмбрионов рыбок данио, было отобрано меньше концевых клеток, и этот отбор происходил медленнее.
Ранее было показано, что этот отложенный процесс приводит к образованию менее плотных сетей кровеносных сосудов.
Закиров продолжает: «Если отбор концевых клеток идет неправильно или замедляется, это может привести к плохо разветвленным или аномальным сетям сосудов, ограничивая кровоток.
Это, в свою очередь, может способствовать развитию таких заболеваний, как рак, ретинопатия и HHT-наследственная геморрагическая телеангиэктазия. Лучшее понимание того, как ускорить или изменить темп ветвления, может привести к новым методам лечения, которые могут регулировать плотность кровеносных сосудов.
Это также может помочь в создании искусственных органов или тканей, поскольку они также нуждаются в плотных сетях кровеносных сосудов."
Бентли добавляет: «Эта работа не только дала нам свежий взгляд на процесс отбора концевых клеток, раскрывая скрытую, но жизненно важную роль филоподий в хранении времени, но также открыла двери для множества новых и интересных направлений исследований. Мы будем исследовать некоторые из этих важных вопросов в будущей работе, чтобы лучше интерпретировать и понимать поведение клеток."