Учёные нашли скрытую электросеть, которая помогает нашим тканям "чистить" себя и защищает от рака

Многие люди(а вместе с ними и ИИ) считают, что электричество в теле связано только с мозгом, нервами и сердцем.Всё остальное — биохимия и биомеханика. Но новая работа на сайте nature от международной группы учёных показывает, что и другие ткани используют электрические сигналы для управления своим состоянием. Например, клетки кожи и внутренних органов могут "голосовать" за удаление ослабленных или поврежденных клеток, чтобы поддерживать здоровье ткани.

Этот процесс называется экструзией. Он похож на то, как клетки "выталкивают" лишнюю или слабую клетку из своего слоя. Если этот процесс работает неправильно, могут возникнуть проблемы, включая рак и астму. До сих пор было непонятно, как клетки выбирают, кого убрать.

Теперь специалисты выяснили, что ключевым сигналом является изменение электрических параметров мембраны клетки. Когда эти "бионанороботы" сжимаются и давление между ними растет, это приводит к увеличению электрического тока. Здоровая клетка может справиться с этим, но ослабленная или истощенная — нет.

В итоге клетка теряет воду, сморщивается и выталкивается из слоя. Электрические параметры мембраны работают как встроенный "медосмотр", который помогает ткани вовремя удалять слабые клетки.

Генетик Гуан Цзюнь Чжан из Университета Пердью отметил, что это открытие хорошо вписывается в общую тенденцию: биологи все чаще находят электрические механизмы в организме, не связанные с нервной системой.

Идея "электричества жизни" не нова. Еще в XVIII веке Луиджи Гальвани узнал и показал, что живые организмы могут генерировать электричество. Каждая клетка тратит энергию на поддержание разности напряжений внутри и снаружи. Это называется мембранным потенциалом.

Мембрана клетки работает как плотина: она пропускает ионы (заряженные частицы) через специальные каналы и насосы. Если поток ионов ограничен, накапливается энергия. Нейроны используют этот механизм для передачи информации, а в мышцах электрический импульс вызывает сокращение.

Эпителиальные ткани, такие как кожа и внутренние барьеры, тратят около 25% энергии на поддержание мембранного потенциала. Раньше ученые считали, что эти ткани работают только за счет механики и химии, но теперь стало ясно, что электричество тоже играет важную роль.

Джоди Розенблатт из Королевского колледжа Лондона уже 25 лет изучает процесс экструзии. Она заметила, что при скученности клетки выдавливаются из слоя. Причина этого — потеря мембранного потенциала, которая происходит за 5 минут до сморщивания. Это значит, что стартовый сигнал для экструзии — электрический.

Когда клетки становятся слишком плотными, они начинают давить друг на друга. Это открывает ионные каналы, и внутрь клетки устремляются положительные ионы, такие как натрий. Здоровая клетка может справиться с этим и вернуть мембранный потенциал в норму. Ослабленная клетка делает это хуже, и ее мембранный потенциал падает. В результате открываются другие каналы, через которые вода выходит из клетки. Если клетка теряет 17% объема или больше, она "помечается" для удаления.

Таким образом, электрические сигналы помогают ткани "прощупывать" состояние отдельных клеток и выявлять тех, кто хуже всего справляется с нагрузкой. Розенблатт сравнивает это с эффектом сообщества: клетки постоянно давят друг на друга, и в этом "тесном контакте" идет проверка на выносливость.

Биофизик Гюрёл Суэл из Калифорнийского университета в Сан-Диего отмечает, что электрические сигналы позволяют клеткам быстро реагировать на изменения. Например, бактерии в биопленках могут менять мембранный потенциал и координировать свои действия.

У многоклеточных животных электрические механизмы также играют важную роль. Чжан показал, что у рыбок данио мутации в ионных каналах могут приводить к изменению размеров тканей. Левин из Университета Тафтса доказал, что электрические сигналы влияют на развитие эмбрионов червей.

Все это говорит о том, что сбои в биоэлектрических процессах могут быть причиной многих болезней. Например, опухолевые клетки часто имеют другие мембранные потенциалы, чем здоровые. Левин предположил, что некоторые онкологические процессы связаны с "поломкой многоклеточности", когда клетки перестают координироваться электрическими сигналами.

В конце концов, электрические механизмы могли возникнуть еще до появления первых живых систем. В каждой клетке токи участвуют в синтезе АТФ — энергетической валюты организма. Возможно, электрические процессы играли ключевую роль в происхождении жизни.

Новая работа добавляет еще один важный элемент к этой картине: электрические параметры мембраны помогают эпителию поддерживать "гигиену" и удалять слабые клетки. Это открывает новые возможности для изучения болезней, связанных с нарушением баланса роста и удаления клеток.

Источник: vk.com

Комментарии: