Приголомшливе відкриття дослідників показує, як клітини нирок самооновлюються

Вчені Техаського університету в Далласі виявили раніше невідомий процес в клітинах нирок, який дозволяє вивести з клітини небажаний вміст, у результаті чого клітини омолоджуються і залишаються функціональними та здоровими.

Процес самовідновлення, який принципово відрізняється від того, як регенерують інші тканини тіла, допомагає пояснити, як, за винятком травм або захворювань, нирки можуть залишатися здоровими протягом усього життя.

На відміну від печінки та шкіри, де клітини діляться для створення нових дочірніх клітин і регенерації органу, клітини в проксимальних канальцях нирки мітотично спочивають — вони не діляться для створення нових клітин. У випадках легкого ушкодження або захворювання клітини нирок дійсно мають обмежені можливості відновлення, а стовбурові клітини в нирках можуть утворювати нові клітини нирок, але лише до певної міри, сказав д-р Цзе Чжен, професор хімії та біохімії в Школі природничо-математичних наук та співавтор дослідження.

«У більшості сценаріїв, якщо клітини нирок сильно пошкоджені, вони загинуть і не зможуть відновитися», — повідомив Цзе Чжен. «Ваша нирка рано чи пізно відмовить. Це велика проблема в лікуванні захворювань нирок. Все, що ми можемо зробити зараз, це уповільнити прогресування ниркової недостатності. Ми не можемо легко відновити орган, якщо він серйозно пошкоджений або є хронічним захворюванням. Ось чому відкриття цього механізму самовідновлення є, мабуть, одним із найважливіших відкриттів, які ми зробили досі».

За його словами, подальші дослідження можуть призвести до вдосконалення наномедицини та раннього виявлення захворювань нирок.

Несподівана знахідка

Дослідники кажуть, що їхнє відкриття здивувало їх.

Протягом 15 років Чжен досліджував біомедичне використання наночастинок золота як засобів візуалізації, для фундаментального розуміння клубочкової фільтрації, для раннього виявлення захворювань печінки та цільової доставки ліків від раку. Частина цієї роботи була зосереджена на розумінні того, як наночастинки золота фільтруються нирками та виводяться з організму через сечу.

Дослідження показали, що наночастинки золота зазвичай проходять незміненими через структуру нирки, яка називається клубочком, а потім потрапляють у проксимальні канальці, які складають понад 50% нирки. Було показано, що клітини проксимального канальцевого епітелію інтерналізують наночастинки, які в кінцевому підсумку виходять із цих клітин і виводяться з сечею. Але те, як вони виходять із клітин, залишається незрозумілим.

У грудні 2021 року Чжен і його команда хіміків — дослідник і провідний автор дослідження Yingyu Huang і автор-кореспондент доктор Mengxiao Yu — досліджували наночастинки золота в зразках проксимальних канальців за допомогою оптичного мікроскопа, але для кращої роздільної здатності вони перейшли на один з університетських електронних мікроскопів (ЕМ).

«Використовуючи ЕМ, ми побачили наночастинки золота, інкапсульовані в лізосомах всередині великих везикул у просвіті, який є простором за межами епітеліальних клітин», — сказав Ю. «Але ми також спостерігали утворення цих везикул, що містять як наночастинки, так і органели поза клітинами, і це було не те що ми бачили раніше».

Дослідники виявили проксимальні трубчасті клітини, які утворили звернені назовні опуклості у своїх просвітних мембранах, які містили не лише наночастинки золота, але й лізосоми, мітохондрії, ендоплазматичний ретикулум та інші органели, як правило, обмежені внутрішньою частиною клітини. Екструдований вміст надалі організовувався у везикулу, яка випливала в позаклітинний простір.

«У той момент ми знали, що це незвичайне явище», — сказав Ю. «Це новий метод для клітин для видалення клітинного вмісту».

Нове у розумінні процесу регенерації

Механізм самовідновлення, опосередкований екструзією, принципово відрізняється від інших відомих регенеративних процесів, таких як поділ клітин, і завдань прибирання, таких як екзоцитоз. При екзоцитозі сторонні речовини, такі як наночастинки, інкапсулюються у везикулу всередині клітини. Потім мембрана везикули зливається з внутрішньою частиною мембрани клітини, яка відкривається, щоб випустити вміст назовні.

«Те, що ми виявили, повністю відрізняється від попереднього розуміння того, як клітини усувають частинки. У процесі екструзії немає мембранного злиття, яке усуває старий вміст із нормальних клітин і дозволяє клітинам оновлюватися свіжим вмістом», — сказав Хуан. «Це відбувається незалежно від того, присутні чужорідні наночастинки чи ні. Це внутрішній проактивний процес, який ці клітини використовують, щоб довше виживати та функціонувати належним чином».

Чжен сказав, що їхні висновки відкривають нові сфери дослідження. Наприклад, епітеліальні клітини, подібно до клітин проксимальних канальців, знаходяться в інших тканинах, таких як стінки артерій, у кишечнику та травному тракті.

«У сфері наномедицини ми хочемо наскільки можливо мінімізувати накопичення наночастинок в організмі. Ми не хочемо, щоб вони застрягали в нирках, тому дуже важливо розуміти, як наночастинки виводяться з проксимальних канальців», — зауважив Чжен. «Крім того, якби ми змогли навчитися регулювати або контролювати цей процес самовідновлення, ми могли б знайти спосіб підтримувати здоров’я нирок у пацієнтів з високим кров’яним тиском або діабетом. Якби ми змогли розробити способи неінвазивного виявлення ознак цього процесу, можливо, це могло б бути показником раннього захворювання нирок».

ДЖЕРЕЛО: https://www.sciencedaily.com