Нормальная форма эритроцитов обеспечивается мускулоподобными структурами

4 апреля 2018



Эритроциты — свободные путешественники. На всем своем пути по телу в процессе доставки кислорода они поддерживают четкую двояковогнутую форму, возвращаясь в нее обратно даже после расплющивания при прохождении через узкие капилляры. Неспособность эритроцитов сохранять правильную форму связана с заболеваниями, например, это наблюдается при серповидноклеточной анемии.

В лаборатории Велии Фаулер обнаружено, что миозин (зеленый цвет на рисунке) может натягивать нити актина (оранжевый цвет) чтобы вызвать напряжение мембраны эритроцита. Это натяжение обеспечивает функцию эритроцитов поддерживать свою двояковогнутую форму и деформироваться. Производное миозина IIA взаимодействует со спектрин-актиновой мембраной скелета, контролируя кривизну и уровень деформации мембраны эритроцита.

В новом исследовании доктор философии Велия Фаулер и команда ее лаборатории в Научно-исследовательском институте Scripps доказали, что отличительную форму эритроцитам придает сжатие белка, названного миозином IIA. Выводы, опубликованные на этой неделе в журнале «Proceedings of the National Academy of Sciences», могут пролить свет на серповидноклеточную анемию и другие расстройства, в которых деформируются эритроциты.

«Эритроциты изучались на протяжении веков, но до сих пор остается много вопросов, на которые ученые не нашли ответы, например вопрос, как именно эти клетки принимают свою форму», — говорит Алисон Смит, аспирант Scripps Research, который был одним из первых авторов исследования. «Наше исследование стало важным фрагментом в этом пазле».

Красные кровяные клетки выглядят как пухлые диски с вогнутыми «ямочками» сверху и снизу. Но клетки крови людей с определенными нарушениями эритропоэза принимают другие формы. Тяжелые генетические формы серповидно-клеточной анемии наиболее распространены среди лиц африканского происхождения, у этих пациентов эритроциты имеют форму полумесяца или серпа.

Эти деформированные клетки являются ригидными и легко слипающимися, что заставляет их застревать в кровеносных сосудах и не позволяет переносить кислород по телу. Около 300 000 детей рождаются с серповидноклеточной анемией каждый год, и в настоящее время от этого недуга нет эффективных лекарств.

Ученые давно задавались вопросом, как здоровые эритроциты поддерживают свою форму с двумя ямочками, а также каким является данный процесс по сути: пассивным или активным? Они похожи на резиновые трубки, которые пассивно возвращаются к прежней форме после сдавливания или удара? Или в клеточной мембране есть что-то механическое, и это что-то активно сжимается и расслабляется, чтобы поддерживать нужную форму? Ответ на этот вопрос также может помочь объяснить, что идет не так, когда эритроциты слишком ригидны для того чтобы легко изменять свою форму во время прохождения по кровеносному руслу.

Велия Фаулер в 1980-х годах, будучи тогда докторантом, заинтересовалась работой Алисон Смит и Роберты Новак, научных сотрудников, которые занимались тогда решением этой головоломки. Вместе они обнаружили, что эритроциты активно регулируют свою форму, благодаря миозину IIA, который связан с белком, стимулирующим сокращение мышц и в других частях тела.

Команда Scripps Research использовала передовые микроскопы, чтобы получить трехмерные изображения, визуализирующие миозин IIA под клеточной мембраной. Исследователи обнаружили, что молекулы миозина IIA эритроцитов собираются в гантелевидные структуры, называемые филаментами (нитевидные образования из белка). Специализированные области на обоих концах нитей миозина IIA могут вытягивать связанный с мембраной структурный белок, называемый актином, для контроля жесткости клеточной мембраны. «Нужно активное сокращение клеточной мембраны, подобно тому, которое мы наблюдаем при работе мышц. «Миозин тянет актин, чтобы обеспечить напряжение в мембране, которое и придает эритроцитам двояковогнутую форму», — говорит Фаулер.

В процессе исследования ученые обработали эритроциты блеббистатином, веществом, которое блокирует миозин. Они обнаружили, что обработанные клетки утратили способность поддерживать форму и выглядели гибкими и нездоровыми. Это еще раз подтвердило, что миозин IIA важен для поддержания формы эритроцитов.

Понимание архитектуры мембраны является важным шагом на пути к поиску причин заболеваний, в которых деформируются эритроциты. Фаулер говорит, что когда-нибудь, возможно, появится шанс научиться ингибировать миозин IIA в патологических эритроцитах для восстановления эластичности, которую они теряют при серповидноклеточной анемии, позволяя им легче проходить через капилляры. «Даже небольшого изменения в этих серповидных клетках может быть достаточно», — говорит Новак.

Этот точка зрения относительно формы эритроцитов вызвала множество новых вопросов. Исследователи предполагают, что клетки используют процесс, называемый фосфорилированием, чтобы сделать филаменты миозина IIA на клеточной мембране более стабильными, но как именно этот процесс контролируется, остается загадкой. В будущем исследователи надеются узнать больше о том, что регулирует активность миозина IIA в эритроцитах и в других типах клеток, например, в нейронах.