Печень обладает редкой сверхспособностью среди органов тела – способностью к регенерации, даже если будет удалено 70% ее массы. Он также продолжает свою метаболическую работу и работу по удалению токсинов в процессе регенерации благодаря подмножеству клеток, которые увеличивают свою рабочую нагрузку, в то время как остальные сосредоточены на размножении, новое исследование на мышах показало.
Кроме того, клетки печени взаимодействуют друг с другом, чтобы координировать регенеративную активность, которая распространяется от центра к периферии отсутствующих долей печени, заявили исследователи из Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.
"Примечательно, что мы до сих пор не понимаем многих аспектов регенерации печени," сказал профессор биохимии Иллинойса Ауинаш Калсотра, возглавлявший исследование, опубликованное в журнале Genome Research. "После того, как часть удалена хирургическим путем, остальная часть быстро начинает восстанавливаться. В течение нескольких недель печень возвращается к своему первоначальному размеру и массе – ни больше, ни меньше."
Предыдущая работа группы Калсотры показала, что во время регенерации зрелые клетки печени – обычно стабильные и медленно делящиеся – возвращаются в более гибкое неонатальное состояние. Это позволяет им быстро делиться, но приводит к потере метаболической функции. Остались вопросы о том, как печень поддерживает зрелую метаболическую функцию, в то время как ее клетки возвращаются в незрелое состояние, и как клетки знают, когда прекратить размножаться.
"Независимо от того, происходит ли регенерация после хирургической резекции печени, вызвана ли она основным заболеванием печени или хроническим повреждением печени из-за алкоголя или токсинов, печень должна продолжать функционировать. Это исследование выявило разделение труда в печени, которое позволяет ей удовлетворять метаболические потребности организма при регенерации," сказал Калсотра, член Карла Р.. Институт геномной биологии Везе в Иллинойсе.
Исследователи использовали метод, который позволил им индивидуально секвенировать РНК каждой клетки при регенерации печени мыши, обнаруживая ее активность. Они изучили печень мышей на различных этапах процесса регенерации, чтобы составить карту, как прогрессирует регенерация, а также где поддерживается метаболическая функция.
Они определили определенный класс клеток, которые не размножаются, а вместо этого увеличивают свою метаболическую функцию, принимая на себя большую рабочую нагрузку. Они были локализованы рядом с кровеносными сосудами, сказали аспиранты Уллас Чембажи и Сушант Бангру, соавторы статьи.
Между тем, регенерирующие клетки скоординированно размножались, начиная с средних областей и продвигаясь к периферии печени – вопреки преобладающим в этой области теориям о том, что пролиферация начинается около вен.
"Мы обнаружили, что на самом деле именно среднедолевые клетки являются наиболее плодовитыми, и это имело для нас смысл, потому что мы только что обнаружили, что есть определенные клетки, которые сохраняют и фактически повышают свой метаболический профиль. Эти метаболические клетки живут рядом с кровеносными сосудами, поэтому имеет смысл, что эти клетки должны оставаться на месте, а внутренние клетки – это те, которые делятся," Калсотра сказал.
Исследователи обнаружили, что процессы регенерации и метаболизма координируются посредством обширной межклеточной коммуникации. Связь резко усилилась после удаления части печени, но к тому времени, когда регенерация замедлилась и остановилась, передача сигналов вернулась к базовому уровню.
Изучая координацию между клетками, они также нашли возможное объяснение того, как процесс регенерации регулируется таким образом, что печень перестает расти, когда достигает своего первоначального размера. Зрелые клетки печени имели множество рецепторов на своей поверхности, которые активировались молекулами, которые их соседние клетки высвобождали после операции, заставляя клетки становиться неонатальными и делиться. Однако в процессе пролиферации клетки перестали экспрессировать рецепторы, что позволило им вернуться в зрелое состояние после завершения деления.
"Обычно клетки готовы принимать эти сигналы. Но как только они это сделают и регенерируют, им не нужно продолжать получать эти сигналы, потому что они попадут в бесконечный поток распространения. Поэтому они перестают выражать эти рецепторы. После того, как триггеры исчезнут и регенерация завершится, клетки начинают производить больше рецепторов, поэтому они готовы к повторной травме," Калсотра сказал.