Учёные подсчитали скорость смерти в клетках

Клетки в нашем теле умирают всё время. Но насколько быстро (или медленно) наступает смерть клетки?

Ученые наблюдали, как смерть путешествует через клетку неудержимой волной, двигаясь со скоростью 30 микрометров в минуту. Это означает, например, что нервная клетка, чьё тело  достигает размера в 100 микрометров, её умирание может длиться 3 минуты и 20 секунд.
Такая медленная смерть может показаться болезненной, но именно этот смертельный прилив держит нас живыми и здоровыми.

Учёные подсчитали скорость смерти в клетках

Два вида смерти клеток

Апоптоз — или запрограммированная гибель клеток. Смерть клеток необходима для очистки наших тел от ненужных или вредных клеток, в том числе тех клеток, которые заражены вирусами. Апоптоз также помогает формировать органы развивающегося плода.

Некроз — незапланированная смерть клеток. Некроз — это второй способ, которым клетки могут умереть. Некрозом происходит как ответ на стрессовое событие. Если этот процесс не работает должным образом, последствия могут быть ужасными. Например,  счастливо живущие  раковые клетки —  распространяются и не умирают.

«Иногда наши клетки умирают, когда мы этого не хотим, скажем, при нейродегенеративных заболеваниях. А иногда наши клетки не умирают, когда мы этого действительно хотим,  скажем, при опухоли. И если мы хотим вмешаться в процесс, то нам нужно понять, как регулируется апоптоз» — отмечает доктор Джеймс Феррелл, профессор химической и системной биологии и биохимии Стэнфордского университета.

Апоптоз иногда называют «клеточным самоубийством» (это процесс саморазрушения). Он начинается с сигнала ( изнутри либо снаружи), который информирует ферменты каспазы о необходимости начать расщепление клетки. Но  каким образом апоптоз, после запуска,  распространяется?

Команда наблюдала за процессом на одной из из самых крупных клеток, существующих в природе: на яйцеклетках Xenopus Laevis,  африканской когтистой лягушки. Они заполняли пробирки жидкостью из яиц и вызывали апоптоз. А наблюдали разворачивающийся процесс при помощи меченных флуоресцентным светом белков. Если они видели флуоресцентный свет, это означало апоптоз.

Смерть распространяется как триггерные волны

Флуоресцентный свет шёл через пробирки с постоянной скоростью. Если бы апоптоз переносился простой диффузией (распространение веществ из области высокой концентрации в область низкой концентрации), то процесс постепенно замедлялся бы к концу. Но поскольку это происходило не так, исследователи пришли к выводу, что процесс, который они наблюдали, является «триггерными волнами».

Триггерные волны можно сравнить с «распространением огня в поле». Каспазы, которые   активируются в начале процесса, затем активируют другие молекулы каспаз, а те, в свою очередь, следующие группы, пока вся клетка не будет уничтожена.

От распространения таким образом, процесс никогда не замедляется и не прекращается, пока не выгорит всё поле. Каждый шаг смерти генерирует свой собственный импульс, превращая неактивные молекулы в активные, до тех пор, пока апоптоз не распространится в каждый угол клетки.

Но чтобы посмотреть этот процесс в природе, исследователям необходимо было увидеть, как умирание происходит внутри самого яйца. Они заметили, что, если яйца лягушки умирали, то они темнели в цвете. Пришлось инициировать условия, при которых смерть яйца лягушки  наступала естественным образом. Аналогичным образом, камера яйца потемнела: темнеет яйцо всё с той же скоростью 30 микрометров в минуту.

Феррелл сказал, что такие триггерные волны на самом деле распространены повсеместно . Триггерные волны можно наблюдать при размножении клеток, триггерными волнами нейроны распространяют свои сигналы через мозг, аналогично вирусы распространяются от клетки к клетке. Биологи надеются выяснить, где ещё в биологии возникают триггерные волны.