Практически все клетки в теле животного так или иначе взаимодействуют с соседними. Но многие учёные считали, что только нейроны производят структуры, позволяющие доставлять сигналы в определённые места на большие расстояния.
Но два десятилетия назад профессор Томас Корнберг (Thomas Kornberg) из Калифорнийского университета в Сан-Франциско (University of California, San Francisco) опубликовал знаковую работу, в которой пересматривалась это расхожее мнение и доказывалось, что нейроны не уникальны с этой точки зрения. Большинство учёных думали, что «ненервные» клетки коммуницируют, выпуская молекулы, распространяющиеся во внеклеточной жидкости, пока их не захватят соседние клетки. Но группа под руководством Корнберга открыла похожие на проводник отростки, которые назвали цитонемами. Также учёные выяснили, что эти структуры работают как клеточная железная дорога, точно доставляя молекулярные сообщения отдалённым клеткам.
Сейчас, в исследовании, опубликованном в журнале Science, лаборатория Корнберга показала, что химические вещества, работающие как нейромедиаторы в нервной системе, также важны для цитонем, они опосредуют клеточное взаимодействие между «ненервными» клетками. При этом сигнальная система цитонемы использует один из тех же химических медиаторов, что и нервные клетки. Работа Корнберга выявляет множество параллелей между сигнальной системой цитонемы и нейронной коммуникацией, включая способность передавать сигналы в определённое время и в определённое место с таким уровнем точности, который ранее связывался с работой нейронов.
Нейроны связываются с отдалёнными клетками, передавая сигналы по аксонам, микроскопическим волокнам, произрастающим из тела нервной клетки и распространяющимся на большие расстояния до своей цели. Когда эти отростки достигают цели, они формируют связь, называющуюся синапсом. Это мостик, связывающий нейрон с партнёром по коммуникации, он содействует доставке молекулярных сообщений, известных как нейромедиаторы.
Такая форма межклеточной коммуникации считалась связанной исключительно с нервной системой. Но Корнберг проводил исследования 20 лет, сосредоточившись на доказательстве, что нейроны — не единственные клетки, которые производят «проводники», формирующие синапсы и способные направлять молекулярное сообщение адресно, в отдалённое местоположение.
«Мы увидели, что обыкновенные, «ненервные» клетки, пускали длинные отростки и формировали синапсы, похожие на те, что создаются нейронами. Мы не представляли, что аналогия распространится и на многие другие определяющие качества синаптических сигналов», — говорит Корнберг.
Согласно последнему исследованию, цитонемы не только выглядят как аксоны, но и способствуют коммуникации клеток. Они используют глутамат (наиболее распространённый нейромедиатор, используемый мозгом и нервной системой), чтобы передавать сенсорные данные, формировать воспоминания и делать многое другое.
В лаборатории Корнберга ранее доказали, что цитонемы у дрозофил доставляют ключевые сигналы, указывающие клеткам принимать специальные черты и складываться в органы. Теперь же, используя техники молекулярной визуализации, разработанные специально для изучения сообщения между нейронными синапсами, команда Корнберга смогла показать, что цитонемы также формируют синапсы, доставляющие важные для развития сигналы и активирующиеся глутаматом.
Когда исследователи лучше рассмотрели синапсы цитонем, они поняли, что не только глутамат служит молекулой для сигнализации. За отправление и получение информации ответственны также молекулярные комплексы на соответствующих концах синапса цитонемы, там были найдены эквиваленты окончаний нейронного синапса.
«Эта работа впервые говорит о таком виде сигнализации «ненервных» клеток. Она связывает два различных поля, биологию развития и нейронауку. Она опровергает парадигму, долгое время признававшуюся верной, и обозначает общедоступный базовый механизм передачи сигналов», — говорит Корнберг.
Хотя аксоны подробно исследовали на протяжении всего столетия, цитонемам удалось избежать распознания, пока они не были описаны Корнбергом в 1999 году. Он предполагает, что цитонемы так долго оставались незамеченными из-за небольшого размера и недолговечности. Они на порядок меньше, чем аксоны и не могли быть замечены при традиционных методах подготовки клеток для рассмотрения в микроскопе.
Корнберг также предполагает, что цитонемы могут быть эволюционными предшественниками аксонов. В работе отмечается, что некоторые примитивные животные, у которых нет аксонов и нейронов, имеют гены, необходимые для цитонемной сигнализации.
Подготовка материала: Лина Медведева