Gdy zostaną uszkodzone, komórki mają dobrze zregulowane reakcje, które promują gojenie. Obejmują one dobrze zbadany proces samozniszczenia, który usuwa martwe i uszkodzone komórki, a także bardziej niedawno zidentyfikowane zjawisko, które pomaga starszym komórkom powrócić do stanu, który wydaje się być młodszy, aby pomóc w odbudowie zdrowej tkanki.
Teraz nowe badanie na myszach przeprowadzone przez badaczy z Washington University School of Medicine w St. Louis i Baylor College of Medicine, ujawnia wcześniej nieznaną proces oczyszczania komórkowego, który może pomóc rannym komórkom szybciej powrócić do stanu przypominającego komórkę macierzystą. Badacze nazwali tę nowo odkrytą odpowiedź „katarcytozą”, biorąc od greckich słów korzeniowych oznaczających oczyszczanie komórkowe.
Opublikowane online w czasopiśmie Cell Reports, badanie wykorzystało model myszy z uszkodzeniem żołądka, aby dostarczyć nowych spostrzeżeń na temat tego, jak komórki goją się, lub nie goją, w odpowiedzi na uszkodzenia, takie jak zakażenie lub choroba zapalna.
„Po urazie, zadaniem komórki jest naprawa tego urazu. Jednak dojrzała maszyneria komórkowa dla wykonywania swojej normalnej funkcji staje na przeszkodzie,” powiedział pierwszy autor Jeffrey W. Brown, MD, PhD, profesor asystent medycyny w Dziale Gastroenterologii na WashU Medicine. „Więc to komórkowe oczyszczenie jest szybkim sposobem pozbycia się tej maszynerii, aby szybko stać się małą, prymitywną komórką zdolną do proliferacji i naprawy urazu. Zidentyfikowaliśmy ten proces w przewodzie pokarmowym, ale podejrzewamy, że może być istotny także w innych tkankach.”
Brown porównał ten proces do „wymiotów” lub odrzucenia odpadów, które essentially dodaje skrót, pomagając komórce oczyścić i skoncentrować się na szybszym odbudowywaniu zdrowej tkanki niż byłaby w stanie, gdyby mogła tylko wykonać stopniowe, kontrolowane degradacje odpadów.
Jak w przypadku wielu skrótów, ten także ma potencjalne wady: Według badaczy, katarcytoza jest szybka, ale bałaganiasta, co może pomóc wyjaśnić, w jaki sposób reakcje na uraz mogą się nie powieść, zwłaszcza w przypadku przewlekłego urazu. Na przykład, utrzymująca się katarcytoza w odpowiedzi na zakażenie jest znakiem przewlekłego stanu zapalnego i powracającego uszkadzania komórek, które stanowią teren rozrodczy dla nowotworów. Faktycznie, coraz bardziej gnijący bałagan odpadów komórkowych, który wynika z całej tej katarcytozy, może być także sposobem zidentyfikowania lub śledzenia raka, według badaczy.
Nowy proces komórkowy
Badacze zidentyfikowali katarcytozę w ramach ważnej reakcji regeneracyjnej na uraz zwaną paligenozą, która została opisana po raz pierwszy w 2018 roku przez głównego autora tego badania, Jasona C. Millsa, MD, PhD. Obecnie w Baylor College of Medicine, Mills rozpoczął tę pracę, będąc członkiem wydziału w Dziale Gastroenterologii na WashU Medicine, a Brown był badaczem podyplomowym w jego laboratorium.
W paligenozie uszkodzone komórki odchodzą od swoich normalnych funkcji i przechodzą proces reprogramowania do niedojrzałego stanu, zachowując się jak szybko dzielące się komórki macierzyste, tak jak dzieje się to podczas rozwoju. Pierwotnie badacze zakładali, że oczyszczanie maszynerii komórkowej w przygotowaniu do tego reprogramowania zachodzi całkowicie wewnątrz kompartmentów komórkowych nazywanych lizosomami, gdzie odpady są trawione w procesie powolnym i kontrolowanym.
Jednak od samego początku badacze zauważyli odpadki poza komórkami. Początkowo zlekceważyli to jako nieistotne, ale im więcej zewnętrznych odpadów zauważyli we wczesnych badaniach, tym bardziej Brown zaczął podejrzewać, że dzieje się tu coś celowego. Wykorzystał model mysiego uszkodzenia żołądka, który uruchamiał reprogramowanie dojrzałych komórek do stanu komórki macierzystej równocześnie, co jasno pokazało, że „wymiotna” odpowiedź — teraz zdarzająca się we wszystkich komórkach żołądka jednocześnie — była cechą paligenozy, a nie błędem. Innymi słowy, proces wymiotowania nie był przypadkowym wylewem tu i ówdzie, ale nowo zidentyfikowanym, standardowym sposobem reakcji komórek na uraz.
Mimo że odkryli katarcytozę zachodzącą w ramach paligenozy, badacze powiedzieli, że komórki potencjalnie mogą używać katarcytozy do odrzucania odpadów w innych, bardziej niepokojących sytuacjach, takich jak nadawanie zdolności do zachowania się jak komórki nowotworowe przez dojrzałe komórki.
Wady zmniejszania
Podczas gdy nowo odkryty proces katarcytozy może pomóc uszkodzonym komórkom przechodzić przez paligenozę i regenerować zdrową tkankę szybciej, kosztem jest dodatkowa produkcja odpadów, które mogą napędzać stany zapalne, co sprawia, że trudniej jest rozwiązać przewlekłe urazy i koreluje z zwiększonym ryzykiem rozwoju raka.
„W tych komórkach żołądkowych, paligenoza — powrót do stanu komórki macierzystej dla gojenia — jest ryzykownym procesem, zwłaszcza teraz, gdy zidentyfikowaliśmy potencjalne niesprawnościowate stanu zapalnego pomniejszanie katarcytozy wewnątrz niego,” powiedział Mills. „Te komórki w żołądku są długowieczne, a starzejące się komórki nabywają mutacje. Jeżeli wiele starszych zmutowanych komórek odwróci się do stanu komórki macierzystej w celu naprawy urazu — zaś urazy często również wzmagają zapalenie, na przykład podczas zakażenia — istnieje zwiększone ryzyko nabycia, utrzymywania i rozszerzania szkodliwych mutacji prowadzących do raka w miarę jak te komórki macierzyste się mnożą.”
Potrzebne są dalsze badania, ale autorzy podejrzewają, że katarcytoza może odgrywać rolę w utrzymywaniu urazów i stanu zapalnego w infekcjach Helicobacter pylori w jelitach. H. pylori jest rodzajem bakterii znanej z zakażania i uszkadzania żołądka, powodując wrzody i zwiększając ryzyko raka żołądka.
Odkrycia mogą także wskazywać na nowe strategie leczenia raka żołądka oraz być może innych raków przewodu pokarmowego. Brown i współpracownik z WashU Medicine Koushik K. Das, MD, associate profesor medycyny, opracowali przeciwciało, które wiąże się z częściami odpadów komórkowych wydzielanych podczas katarcytozy, dostarczając sposób na wykrycie, kiedy ten proces może zachodzić, zwłaszcza w dużych ilościach. W ten sposób, katarcytoza może być wykorzystywana jako wskaźnik stanów przedrakowych, co pozwala na wczesne wykrycie i leczenie.
„Jeśli uzyskamy lepsze zrozumienie tego procesu, moglibyśmy opracować sposoby, aby wspomóc reakcję gojenia i być może, w kontekście przewlekłego urazu, zablokować uszkodzone komórki poddające się chronicznej katarcytozie od przyczyniania się do powstawania raka,” powiedział Brown.
To badanie było wspierane przez National Institutes of Health (NIH), numery grantów K08DK132496, R21AI156236, P30DK052574, P30DK056338, R01DK105129, R01CA239645, F31DK136205, K99GM159354 i F31CA236506; Department of Defense, grant numer W81XWH-20-1-0630; American Gastroenterological Association, numery grantów AGA2021-5101 i AGA2024-13-01; a także Stypendium Studenckie Philipa i Simy Needlemanów w Regeneracyjnej Medycynie. Zawartość jest wyłączną odpowiedzialnością autorów i niekoniecznie reprezentuje oficjalne poglądy NIH.
