Naše tělo se skládá z přibližně dvou set typů buněk. Celkově jsme složení z 39–75 bilionů jednotlivých buněk (počet se liší mimo jiné podle velikosti a objemu člověka). Pokud má tento rozsáhlý buněčný orchestr správně fungovat, musí být perfektně sladěný. Mezibuněčná komunikace je proto klíčová. Nejčastěji komunikace probíhá pomocí malých molekul (například hormonů), které se z jedné buňky dopraví do druhé. V ní pak tyto molekuly spustí kaskádu dějů vedoucí k reakci cílové buňky.
Příkladem je způsob, kterým naše tělo nakládá s cukrem v krvi. Když jíme a trávíme potravu, uvolňuje se nám do krve cukr glukóza. Na tento signál reaguje naše slinivka a začne vysílat do krve signální molekulu – hormon inzulin. Inzulin se pak šíří krví a míří převážně k jaterním a svalovým buňkám, kde se naváže na inzulinový receptor cílové buňky. Zde dojde ke kaskádě dějů vedoucích k aktivaci proteinů pro přeměnu několika molekul glukózy do jedné větší, zásobní molekuly – glykogenu (obrázek 1). Pokud má tělo nedostatek cukru, nedochází k signalizaci pomocí inzulinu a ze zásobního glykogenu se naopak uvolňují molekuly glukózy, které pak buňky přetváří na energii.
Existují různé druhy signalizace, lišící se vzdáleností mezi buňkou „vysílačem“ a buňkou „přijímačem“, nebo způsobem, jak signály pronikají do buňky. V příkladu inzulinové signalizace se signální molekula do buňky dostala přes receptor. Některé signály můžou do buňky pronikat přímo skrze buněčnou membránu. Jejich hydrofobní vlastnosti jim umožňují volně projít membránou složenou převážně z mastných kyselin a navázat se na receptor uvnitř buňky nebo dokonce jádra. V současné době je čím dál častěji popisován způsob mezibuněčné komunikace, kdy dochází k zabalení materiálu do malého kousku membrány a jeho odeslání do cílové buňky. Tyto balíčky se nazývají extracelulární váčky nebo exosomy a mohou obsahovat proteiny, nukleové kyseliny nebo dokonce celé organely.
Vědci z Howard Hughes Medical Institute v Kalifornii pozorovali růst a komunikaci mezi nádorovými buňkami. Pomocí zeleného fluorescenčního proteinu (GFP) označili protein Cas9 (součást systému CRISPR, který umožňuje úpravu DNA) a mohli tak pozorovat jeho pohyb. Cílové buňce přidali gen pro jiný způsob bioluminiscence – dostala gen pro luciferázu. Pokud by se protein Cas9 úspěšně dostal do buňky a do jejího jádra, aktivoval by gen pro luciferázu a v buňce by byla pozorovatelná luminiscence.
Congyan Zhang a Randy Schekman indukovali vytváření exosomů nesoucí označený Cas9 a také gRNA, která navádí Cas9 ke genu pro luciferázu v jádře cílové buňky. Zjistili, že transport pomocí exosomů není příliš efektivní. Pozorovali ale formování dalšího typu mezibuněčné komunikace u buněk nacházející se v přímém sousedství. Buňky začaly formovat trubičky, kterými se propojily a kterými buňky transportovaly proteiny i RNA s vysokou efektivitou (Obrázek 2). Protein Cas9 se skutečně dostal ve velkém množství až do jádra, kde „zapnul“ gen pro světélkující luciferázu.
Vědci natočili množství videí (na odkazu níže) předávání barevně značených proteinů a také pomocí elektronového mikroskopu prozkoumali, co vše si buňky pomocí trubiček předaly.
Cells can pass proteins and RNA to each other through tubes that act as a channel between their membranes. https://t.co/Q9FgO3ANCz pic.twitter.com/ZbxanQ5eh0
— eLife - the journal (@eLife) June 19, 2023
Výsledky této studie nám pomohou lépe porozumět vztahům mezi buňkami, například uvnitř nádorů. Pokud bychom mohli narušit komunikaci mezi jednotlivými nádorovými buňkami, mohli bychom nádor oslabit či zcela zničit. Pochopení způsobu a účinnosti transportu látek by mohlo pomoci při dopravování léčiv přímo do buněk buď pomocí buněčných trubiček nebo speciálně upravených exosomů, které by do cílových buněk léčiva dopravovaly s větším úspěchem.
Zdroj: https://elifesciences.org/articles/84391?utm_source=twitter&utm_medium=social&utm_campaign=organic
Foto: National Cancer Institute, Unsplash
Více z biologie na CZECHSIGHT:
Petr Kašík
Michal Kraus
Vstup do diskuze