Слияние мембран – это строго регулируемое событие как внутри клеток, так и между ними. С того момента, как сперматозоид впервые сливается с яйцеклеткой, последующие события развития зависят от его надлежащего контроля. Внутри клеток события слияния регулируют фагоцитоз и экзоцитоз везикул, а также контролируют пролиферативные и апоптотические события, связанные с митохондриями. Слияние между клетками, такое как образование трофобластов, остеокластов и миобластов плаценты, имеет много общих генетических и биохимических путей, используемых для процессов слияния, происходящих внутри клеток. Развивающиеся сообщества клеток тоже импровизировали и придумали несколько дополнительных трюков. В статье, только что опубликованной в журнале Nature, исследователи из Университета Вирджинии более подробно рассмотрели, как миобласты сливаются в процессе развития скелетных мышц, превращаясь в многоядерные синцитии. В частности, исследователи показывают, насколько критически важен апоптоз некоторых предшественников мышечных трубок.
Избирательная локализация важного мембранного компонента, фосфотидилсерина (PS), во внутренней створке клеточных мембран поддерживается набором ферментов, известных как флиппазы. Некоторым флиппазам для работы требуется энергия в виде АТФ, и они могут перемещать PS в любом направлении. Другие работают без сжигания АТФ и обычно переворачивают PS снаружи внутрь. Таким образом, PS является почти универсальным маркером, который экспонируется на внешней поверхности клеток, когда они подвергаются апоптозу. Предыдущие исследования показали, что для слияния миобластов требуется временная экстернализация PS. Было показано, что распознавание PS фагоцитами опосредуется мембранным белком, известным как BAI1 – прототипным адгезионным белком с семью трансмембранными доменами.
Исследователи из Вирджинии задали логичный вопрос о том, может ли BAI1 также играть роль в слиянии миобластов. Они обнаружили поразительное ингибирование слияния миобластов, когда PS был замаскирован в культурах сливающихся клеток. Для этого они использовали различные виды антител, чтобы противодействовать вовлеченным связывающим доменам. Затем они исследовали, требуется ли апоптоз для слияния миобластов. Они обнаружили, что блокирование действия ферментов каспаз, которые предотвращают апоптоз, также предотвращает слияние миобластов.
Чтобы укрепить свою убежденность в том, что BAI1 на самом деле передает сигнал PS в развитии мышц, исследователи изучили его экспрессию в клетках. Они обнаружили, что фоновая экспрессия BAI1 увеличивалась в активно сливающихся мышечных трубках, и, кроме того, установили, что увеличение его экспрессии усиливает это слияние. Эффект оказался зависимым от консервативного механизма, известного как путь ELMO / Dock / Rac1.
Исследователи также создали мутантные мыши, лишенные BAI1, чтобы установить его роль in vivo. Передняя большеберцовая мышца была исследована на взрослых мышах, и было обнаружено, что она содержит полностью сформированные мышечные трубки. Однако было замечено, что эти мышечные трубки в среднем содержали значительно более мелкие волокна, а крупные волокна вообще не были обнаружены. Следовательно, похоже, что, по крайней мере, у интактного животного, некоторое образование мышечной трубки все еще может происходить, но BAI1 необходим для оптимального развития мышц. Когда зрелой мышце вводили кардиотоксин, чтобы вызвать мышечное повреждение, у мышей, лишенных BAI1, не наблюдалось регенерации мышц, что предполагает дальнейшую важную роль BAI1.
Еще один интересный эксперимент, который они провели, заключался в добавлении апоптотических миобластов к культурам с подавлением каспейс в попытке спасти слияние. Они заметили, что индекс термоядерного синтеза увеличился на 150 процентов. На этом они окончательно пришли к выводу, что апоптотические миобласты необходимы для содействия слиянию миобластов. Кроме того, они отметили потребность в фосфатидилсерин-зависимом межклеточном контакте между апоптозными и жизнеспособными миобластами.
Исследователи смогли наблюдать за судьбой апоптотических миобластов с помощью покадровой видеомикроскопии. Они были удивлены, увидев, что миобласты не были охвачены формирующимися мышечными трубками. Миобласты действительно оставались в тесной ассоциации с мышечными трубками, и полимеризация актина наблюдалась на границе раздела между клетками. В полной истории участия апоптоза в генерации миотрубок не хватает некоторых деталей. Однако эти новые результаты, помимо знакомства с несколькими игроками на молекулярном уровне, также пролили свет на некоторые механизмы этого увлекательного процесса.