Всё сочувствие, на которое мы решились
 

В клеточный атлас добавили почти полмиллиона новых клеток

Изучая клетки поштучно, можно увидеть, как отличаются клетки одной и той же ткани, принадлежащие разным органам.

В клеточный атлас добавили почти полмиллиона новых клеток

Во всех наших клетках одни и те же гены, но мышечная клетка не похожа на клетку поджелудочной железы, которая синтезирует инсулин, а нейрон не похож на Т-лимфоцит. То есть из множества генетических программ работает та, которая нужна в конкретном органе и конкретной ткани. Долгое время особенности разных клеток изучали по тканям: есть нервная ткань, есть мышечная, есть соединительная и т. д. Но орган — это более сложная вещь, в каждом органе есть представители разных тканей. И вот тут возникает вопрос, насколько клетки, которые принадлежат одной и той же ткани, отличаются в зависимости от того, в каком органе они сидят. Например, клетки фибробласты соединительной ткани лёгких и клетки фибробласты соединительной ткани кожи — одинаково ли они работают, отличается ли в них активность генов?

В клеточный атлас добавили почти полмиллиона новых клеток

Именно такие отличия ищет большой международный консорциум HCA, Human Cell Atlas, то есть Атлас Клеток Человека, объединяющий более 2300 исследователей из 83 стран. Их цель не в том, чтобы описать буквально каждую клетку в каждом органе — в этом нет смысла, поскольку органы состоят не из уникальных клеток, а из клеточных групп, которые принадлежат разным тканям и занимаются разными вещами. Но, как мы только что сказали, у клеток одной и той же ткани в разных органах будут свои особенности. И эти особенности можно увидеть в том, какие гены в них активны, а какие нет.

Консорциум Human Cell Atlas возник в 2016 году, и несколько лет назад уже публиковал первые результаты, касающиеся более чем полумиллиона клеток. На днях в Science вышло несколько статей, которые пополняют его ещё почти на полмиллиона. В одной из этих статей описано свыше 480 тыс. клеток из 24 органов. При анализе использовали новейшие методы, которые позволяют изучать клетки в прямом смысле поштучно: исследователи берут одну-единственную клетку и читают РНК, которая в ней есть. Читают именно РНК, потому что информация с ДНК сначала копируется в РНК, и активность гена можно оценить по количеству скопированных с него молекул РНК. Образцы органов и тканей старались брать у одного и того же человека, чтобы все клетки были идентичными. Кроме того, первые этапы анализа начинались буквально сразу, как только образцы попадали в руки исследователям, то есть без какой-либо временной консервации, без заморозки, чтобы клеточное содержимое, в первую очередь те самые РНК, не деградировали от подобных процедур.

В клеточный атлас добавили почти полмиллиона новых клеток

Однако такой подход годится не для всех клеток, например, крупные клетки жировой или мышечной ткани (не говоря уже о нейронах) удержать неповреждёнными почти не удаётся. В другой статье описан альтернативный комплекс методов, который позволяет работать не со всей клеткой, а лишь с её ядром — его можно извлечь из крупной клетки целым, а из ядра потом достать РНК. Правда, тут стоит учитывать, что в ядре ситуация с РНК выглядит намного сложнее: здесь гены копируются в молекулы РНК, но потом эти РНК претерпевают некоторые превращения. Происходит то, что называется сплайсингом: куски одной и той же молекулы перестраиваются, часть из них вообще вырезается и отбрасывается, как негодные, и в итоге с одного и того же гена часто получаются несколько разных РНК. Потом, когда они выйдут в цитоплазму, на них будут синтезированы разные белки. Также это позволяет увидеть, как ещё на этапе синтеза и «перемонтирования» РНК происходит подстройка клетки под конкретные задачи. Новый метод чтения РНК из единичных ядер, кроме того, позволяет работать с замороженными тканями, и результаты оказываются вполне сопоставимыми с теми данными, которые получаются при работе с целыми незамораживаемыми клетками.

Две другие статьи говорят о разнообразии иммунных клеток, как на стадии внутриутробного развития, так и у взрослого человека. Для изучения взрослой иммунной системы образцы брали у двенадцати доноров, число же проанализированных клеток составило более 300 тыс. Как известно, кроме иммунных клеток, плавающих в крови, есть множество таких, которые сидят в различных органах, и вот именно такие и интересовали исследователей в первую очередь.

В качестве примера того, что клетки одной и той же ткани могут своеобразно вести себя в том или ином органе, можно указать на те самые фибробласты: новые данные говорят о том, что в тех фибробластах, которые сидят в лёгких, работают гены, которые обычно активны в мышечных клетках. Это не значит, что клетки соединительной ткани вдруг становятся мышечными и начинают сокращаться, но, так или иначе, им в лёгких зачем-то нужны некоторые молекулярные инструменты из мышечного арсенала. Другой пример — иммунные макрофаги, которые блуждают по тканям и в прямом смысле слова съедают всё подозрительное. Их, как оказалось, есть две группы: макрофаги сугубо иммунные, нацеленные на патогены, и макрофаги, которые поддерживают ткань в её повседневной работе, убирают разный мусор и т. д. Причём в каждой ткани доля тех и других макрофагов разная, в зависимости от того, чем эта ткань занимается.

Во многом неожиданные результаты касаются так называемых генов домашнего хозяйства — то есть таких генов, которые необходимы для базовых жизненных функций и активны в любых клетках. Оказалось, что несмотря на свою «базовость», гены домашнего хозяйства в разных клетках работают опять же по-разному — потому, что кроме домашнего хозяйства, они нужны ещё для каких-то других, «недомашних» задач.

Многие заболевания связаны с тем, что какой-то ген или группа генов перестают работать или, наоборот, начинают работать слишком активно. Но тут многое зависит от того, в каких клетках возникают генетические аномалии. Например, если речь о мерцательной аритмии, то неполадки с генами должны быть в клетках сердца — это очевидно. Однако с новым клеточным атласом мы видим, что гены, связанные с теми или иными болезнями, могут быть активны ещё и в таких клетках, про которые бы никто и не подумал. Например, гены мерцательной аритмии зачем-то нужны клеткам скелетных мышц, пищевода и предстательной железы. Какую роль они там играют, могут ли они спровоцировать там какую-нибудь патологию, и имеют ли сердечные гены, работающие в пищеводе, какое-то отношение к сердцу, пока неясно. Но, так или иначе, с помощью клеточного атласа удалось найти новые клетки для 6 тысяч «одногенных» заболеваний и для 2 тысяч сложных генетических расстройств. (Хотя, повторим ещё раз, что вовсе не обязательно новонайденные клетки играют какую-то роль в этих болезнях.)

Наконец, исследователи выяснили кое-что новое про бактерий, живущих в кишечнике — отчасти их ведь тоже можно назвать нашими клетками. Оказалось, что кишечная микрофлора неодинакова на всей поверхности кишечника, скорее, она выглядит как лоскутное одеяло, составленное из небольших бактериальных сообществ. К примеру, если на одном участке кишки каких-то бактерий больше, а каких-то меньше, то через семь с половиной сантиметров их пропорция будет уже другой. Это можно было выяснить, только взяв пробы тканей из разных зон желудочно-кишечного тракта.

Не нужно объяснять, насколько новые данные могут быть полезны для медицины: с их помощью можно лучше понять, как развиваются те или иные болезни, с их помощью можно создать новые, более эффективные лекарства, нацеленные на клетки определённой ткани с учётом их особенностей в конкретном органе. Ещё стоит заметить, что подобные исследования — характерная примета современной науки, которая может позволить себе подсчитывать клетки и молекулы поштучно.

Автор: Кирилл Стасевич

Ссылка на источник