Биологи впервые составили подробный список содержимого крошечных пузырьков, которые переносят информацию между клетками внутри организма. Эта работа помогла отделить полезные сигналы от информационного шума в плазме крови и открыла путь к созданию точных методов диагностики болезней сердца.
Клетки нашего тела постоянно общаются друг с другом. Каждую секунду в кровоток попадают триллионы наноскопических посылок, которые называют внеклеточными везикулами. Они представляют собой крошечные конверты из мембраны, внутри которых спрятаны белки, жиры и генетический материал. Состав такой посылки отражает состояние здоровья отправителя — клетки, которая ее создала.
Долгое время изучение этой переписки оставалось сложнейшей задачей для медицины. Кровь человека — крайне насыщенная среда. Помимо везикул, в ней плавают миллионы других частиц: холестерин, антитела, обломки клеток и липопротеины.
Все это окружение мешало ученым выловить нужные объекты и прочитать их содержимое. Предыдущие методы анализа захватывали все подряд, поэтому врачи не могли точно сказать, какие именно молекулы относятся к сигналам везикул, а какие — к фоновому шуму плазмы.
Чтобы преодолеть проблему, исследователи захотели создать эталонную карту везикул. Для этого они решили найти такие компоненты, которые есть только в этих межклеточных конвертах и отсутствуют в других частицах крови. Так можно было бы безошибочно узнавать везикулы среди миллиардов других молекул. Результаты опубликованы в журнале Nature Cell Biology.
Ученые применили метод фракционирования по плотности: аккуратно разделили плазму крови на слои, отсортировав частицы по весу и размеру. Получив чистейшие образцы везикул, свободные от посторонних примесей, авторы использовали масс-спектрометрию — сверхточный способ взвешивания молекул, чтобы провести перепись содержимого.
В итоге удалось выяснить, что «ядро» внеклеточной везикулы состоит из строго определенного набора компонентов. Исследователи идентифицировали 182 белка и 52 вида липидов, которые неизменно присутствуют в структуре этих частиц. Этот набор молекул назвали универсальной подписью везикул.
Одновременно биологи выделили другой список веществ, который характерен только для «мусора» — частиц, не являющихся везикулами. Такое разделение дало ключ к пониманию, как именно организм кодирует и передает информацию через кровь.
Самым важным открытием стали два конкретных маркера, которые позволяют со стопроцентной точностью отличить везикулы от всего остального. Ими оказались белок ADAM10 и особый вид жира — фосфатидилсерин PS(36:1). Проверка на образцах крови людей с начальными признаками ишемической болезни сердца показала, что основные маркеры везикул оставались неизменными.
Авторы научной работы создали бесплатный ресурс EVMap с картой обнаруженных маркеров. Теперь любой врач или биолог может зайти на сайт и проверить состав везикул крови. В недалеком будущем с помощью таких карт врачи смогут замечать сигналы опасности от внутренних органов задолго до появления первых симптомов заболеваний.
Новое исследование дало точное понимание, как клетки общаются на молекулярном уровне, и это меняет подход к лечению и диагностике. Медицина получила инструмент, чтобы «подслушивать разговоры» клеток и вовремя узнавать о скрытых нарушениях в организме.
Автор: Илья Гриднев