Российские ученые получили возможность «заглянуть внутрь» специфических внеклеточных везикул и установить характерные черты их строения. Эти частицы функционируют как молекулярная «почта», обеспечивая обмен информацией между клетками. Для анализа исследователи использовали криоэлектронную микроскопию — современный физико-химический метод, который при моментальной заморозке образцов нанометрового размера позволяет изучать их в условиях, близких к физиологическим. Как рассказали «Известиям» эксперты, состав везикул изменяется при воспалениях, опухолях, нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваниях. Поэтому понимание их структуры и происхождения может стать основой для новых подходов к диагностике и регенеративной терапии.

Что такое внеклеточные везикулы

Ученым биофака и факультета фундаментальной медицины МГУ удалось рассмотреть содержимое мембранно-ассоциированных внеклеточных везикул (МАВ). Сами внеклеточные везикулы (ВВ) представляют собой окруженные мембраной частицы, которые выделяются в внеклеточную среду. Попадая в чужие клетки, они способны индуцировать в них существенные изменения. Такие структуры служат своеобразной «почтой», организующей межклеточную связь внутри организма.

В норме ВВ обнаруживаются практически во всех физиологических жидкостях; они передают между клетками сложные биохимические сигналы и участвуют почти во всех физиологических процессах.

— При многих патологиях состав ВВ изменяется, и это может использоваться для диагностики этих заболеваний, — рассказала д.м.н., заведующая лабораторией Центра регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного института МГУ им. М.В. Ломоносова Анастасия Ефименко.

Фото: пресс-служба РНФ Заведующая лабораторией Центра регенеративной медицины Медицинского научно-образовательного института МГУ им. М.В. Ломоносова Анастасия Ефименко

По информации авторов, среди разнообразия ВВ недавно выделили нетипичный класс — мембранно-ассоциированные внеклеточные везикулы. Они характеризуются тем, что не плавают свободно в окружающей среде, а длительное время остаются прикрепленными к внешней стороне клеточной мембраны.

Сотрудники МГУ провели изучение ВВ с применением криоэлектронного микроскопа. Исследователи продемонстрировали, что МАВ формируются из мезенхимных стволовых клеток, выделенных из человеческой жировой ткани. Липидная мембрана, ограждающая каждую МАВ, отчетливо видна при анализе замороженных образцов.

Справка «Известий»

Криоэлектронная микроскопия — это современный физико-химический метод, позволяющий при моментальной заморозке образцов нанометрового размера (макромолекул, вирусов или мембранных везикул) исследовать их в условиях, близких к физиологическим.

В результате работы показано наличие многослойных МАВ, которые содержат несколько вложенных друг в друга везикул, окруженных липидной мембраной. Полученные данные послужат материалом для дальнейшего изучения роли мембранно-ассоциированных внеклеточных везикул в различных процессах организма.

— В лаборатории электронной микроскопии биофака МГУ установлен один из трех криоэлектронных микроскопов в России. Без него подобные эксперименты были бы невозможны, — подчеркнула д.б.н., профессор кафедры биоинженерии биофака МГУ Ольга Соколова.

Роль внеклеточных везикул в воспалении и других патологиях

Ученым МГУ удалось буквально «заглянуть внутрь жизни и поймать момент» — увидеть, как ВВ выглядят в своем естественном состоянии, отметила молекулярный биолог Арина Холькина. С помощью криоэлектронной микроскопии они зафиксировали, как мезенхимные стволовые клетки выделяют мембранно-ассоциированные везикулы — особые частицы, которые не покидают клетку, а остаются на ее поверхности.

— Такое наблюдение помогает по-новому понять, как клетки общаются между собой. Известно, что состав везикул меняется при воспалениях, опухолях, нейродегенеративных и сердечно-сосудистых заболеваниях. Поэтому знание их структуры и происхождения может стать основой для новых методов диагностики и регенеративной терапии. Работа МГУ показывает, как фундаментальные исследования превращаются в инструмент медицины будущего, — сказала «Известиям» эксперт.

Фото: academic.oup.com

Исследователи при помощи криоэлектронной микроскопии впервые наблюдали многослойные МАВ, включающие несколько вложенных друг в друга везикул, окруженных липидной мембраной. Такие образования могут играть ключевую роль в межклеточной коммуникации — выступая в виде «наномоста» между клеткой и внешней средой, пояснил директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ Денис Кузьмин.

— Исследование МАВ важно с точки зрения понимания механизмов регенерации, воспаления и межклеточной сигнализации. Новые данные позволяют пересмотреть существующие представления о путях коммуникации между клетками и закладывают основу для поиска новых биомаркеров заболеваний, — отметил ученый.

Проект, выполняемый в рамках гранта «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология», направлен на всестороннее изучение МАВ. Результаты работы опубликованы в журнале Microscopy and Microanalysis.