Поспела кроме шуток «жареная» сенсация от журнала Communications Biology

Поспела кроме шуток «жареная» сенсация от журнала Communications Biology. В силу ее значимости делаем её открытой для всех наших подписчиков.

Итак, впервые показано, что звуковые волны слышимого диапазона (!)* способны напрямую влиять на активность генов и процессы дифференцировки клеток. В частности это касается адипоцитов — жировых клеток. Исследователи применили звуковое давление на культивируемые клетки с помощью вибрационного преобразователя, и с помощью методов РНК-секвенирования, микроскопии и биохимических анализов смогли разобраться в том, как именно звук регулирует клеточные функции на молекулярном уровне.

*Ребята создали микроскопическую звуковую систему, направляющую волны напрямую в жидкость с клетками мыши и не допускающую нагревания среды. Звук брали разный: 440 Гц (нота «Ля», как камертон), 14 кГц (пронзительный писк) и белый шум (шипение радио). Давление — 100 Паскалей (примерно как крик в ухо на расстоянии метра, но под водой).

Главным открытием стала способность звуковых волн подавлять процесс превращения предшественников жировых клеток в зрелые адипоциты. В эксперименте клетки фибробластного рода (3T3-L1) подвергались звуковому воздействию с частотой 440 Гц в течение первых трёх дней индукции дифференцировки.

Результаты показали значительное снижение экспрессии ключевых генов маркеров адипогенеза, таких как Cebpa и Pparg, что свидетельствует о задержке или подавлении развития жировых клеток.

Помимо генетических изменений, звуковое воздействие влияло и на морфологию клеток: после звуковой стимуляции увеличивалось число клеток, остававшихся в недифференцированном состоянии, а накопление липидов в клетках снижалось на 13-15%. Это сопоставимо с эффектом введения известного молекулярного регулятора — простагландина E2, хотя изменение его концентрации под воздействием звука было сравнительно небольшим. Такой эффект указывает на участие дополнительных, ещё не до конца изученных механизмов передачи акустических сигналов в клетку.

Как же именно клетки «слышат»? Нет, миниатюрных ушей у них нет. Вместо этого у них есть так называемые «фокальные адгезии» — клеточные «присоски», крепящие ее к поверхности — которые ловят вибрацию.

Далее белок FAK (фокальная адгезионная киназа, своего рода «датчик напряжения») активируется — фосфорилируется, если точнее. Он будит ген Ptgs2/Cox-2 — инструкцию по сборке фермента циклооксигеназы-2. В свою очередь Cox-2 производит простагландин E2 (PGE2) — молекулу-курьера, которая бегает по клетке и включает другие гены.

Эксперименты с различными формами звуковых волн — синусоидальными, треугольными и квадратными — показали, что клетки чувствительны и к частотным составляющим, причем сложные волны с большим количеством гармоник вызывали более выраженные реакции. Исследование также выделило около 190 генов, чувствительных к звуковой стимуляции, что говорит о широкой и многокомпонентной реакции клетки на акустические сигналы.

Если короче, то примерно через два часа звуковых воздействий 42 гена меняют активность, а через 24 часа — уже 145. Среди них есть Ctgf (ген роста соединительной ткани). Он активируется, будто клетка готовится к ремонту. Гены гипоксии (нехватки кислорода) включаются при частоте звука 14 кГц, потому что высокие частоты плохо перемешивают жидкость. Клетки при этом даже распластываются на 15-20% сильнее — будто вжимаются в пол при землетрясении.

Однако самый неожиданный (и многообещающий) эффект звук оказывал на жировые клетки! Когда клеток-предшественников липоцитов (3T3-L1) «подзвучили» во время превращения их в готовые жировые клетки, то гены Cebpa и Pparg (главные внутриклеточные «дирижеры» жиронакопления) замолкали на 70-82%, а липидных капель внутри клетки формировалось на 15% меньше. 43% клеток отказались «жиреть» вообще (против контрольных 23%, сидевших в тишине).

Почему так получается?

Судя по всему, PGE2 (тот самый курьер) каким-то образом ломает программу дифференцировки. Звук создает иллюзию, что клетка сидит на «вибрирующем полу» — а в таких условиях копить жир ей невыгодно. Эффект сравним с ударной дозой PGE2 извне, но звук работает тоньше: он заставляет клетку самой производить «антижировой» сигнал.

В исследовании обращают внимание на несколько важных деталей.

Во-первых, частота имеет значение: низкие тона (440 Гц) лучше активируют гены, чем писк (14 кГц) — возможно, из-за более выраженной вибрации.

Также далеко не все клетки «меломаны». Например, мышечные и жировые клетки-предшественники и фибробласты (клетки-строители) реагируют на звук достаточно чутко. Эпителий (кожа, почки) и нейроны — практически не реагируют: у них гораздо меньше «присосок» (адгезий).

Слега разочаруем гипероптимистов. Нет, это всё пока что очень далеко от «скоро мы будем худеть с помощью звука!». Почему?

Эксперимент проводился in vitro (на клеточных культурах в лаборатории). Но если эффект подтвердится in vivo (на животных), то в перспективе нескольких десятилетий уже можно будет представить фундаментально новую терапию ожирения или даже биопринтеры тканей с акустическим контролем.

Источник: vk.com

Комментарии: