Наше семейное происхождение во многом определяет наше будущее. Исследование Института науки Вейцмана, опубликованное сегодня в журнале Nature, показало, что то же самое верно и для кровеносных сосудов. Исследователи обнаружили кровеносные сосуды, формирующиеся из неожиданных предшественников, и продолжили показывать, что это необычное происхождение определяет будущую функцию сосудов.
«Мы обнаружили, что кровеносные сосуды должны происходить из правильного источника, чтобы функционировать должным образом — они как будто помнят, откуда они взялись», — говорит руководитель группы профессор Карина Янив.
Кровеносные сосуды, снабжающие различные органы, значительно различаются друг от друга. Например, поскольку почки участвуют в фильтрации, в стенках их кровеносных сосудов есть небольшие отверстия, которые обеспечивают эффективное прохождение веществ. В мозге те же самые стенки почти герметичны, обеспечивая защитную блокировку, известную как гематоэнцефалический барьер. Стенки кровеносных сосудов в легких выполняют еще одну задачу — облегчение газообмена.
Несмотря на жизненно важное значение сосудистой системы, как возникают такие различия между различными кровеносными сосудами, до сих пор плохо изучено. До сих пор было известно, что эти сосуды происходят из двух источников: существующих кровеносных сосудов или клеток-предшественников, которые созревают и дифференцируются, образуя стенки сосудов. В новом исследовании научный сотрудник доктор Рудра Н. Дас, работающий в лаборатории Янива в отделе иммунологии и регенеративной биологии, обнаружил, что кровеносные сосуды могут развиваться из ранее неизвестного источника: лимфатических сосудов . Этот третий тип был обнаружен у трансгенных рыбок данио, клетки которых были помечены недавно установленными флуоресцентными маркерами, позволяющими отслеживать их.
«Было известно, что кровеносные сосуды могут дать начало лимфатическим сосудам, но мы впервые показали, что обратный процесс также может иметь место в ходе нормального развития и роста», — говорит Дас. Проследив рост плавников на теле молодой рыбки данио, Дас увидел, что еще до того, как сформировались кости, первыми структурами, появляющимися в плавнике, были лимфатические сосуды. Некоторые из этих сосудов затем утратили свои характерные черты, превратившись в кровеносные сосуды.
Это казалось необъяснимо расточительным: почему кровеносные сосуды в плавниках просто не выросли из большого близлежащего кровеносного сосуда? Дас и его коллеги предоставили объяснение, проанализировав мутировавших рыбок данио, у которых отсутствовали лимфатические сосуды. Они обнаружили, что когда лимфатические сосуды отсутствовали, кровеносные сосуды прорастали в растущих плавниках этих мутантов, ответвляясь от существующих близлежащих кровеносных сосудов. Удивительно, однако, что в этом случае плавники выросли ненормально, с деформированными костями и внутренним кровотечением. Сравнение показало, что у мутантных рыб избыточное количество эритроцитов проникало во вновь образованные кровеносные сосуды в плавниках, тогда как у обычных рыб с кровеносными сосудами лимфатического происхождения это попадание контролировалось и ограничивалось.
Дефицит эритроцитов, по-видимому, создал условия с низким содержанием кислорода, которые, как известно, способствуют правильному развитию костей. С другой стороны, у мутантных рыб эти условия нарушались избытком эритроцитов, что вполне могло объяснить наблюдаемые аномалии. Другими словами, только те кровеносные сосуды, которые развились из лимфатических сосудов, идеально подходили для выполнения своей специализированной функции — в данном случае для правильного развития плавников.
Поскольку рыбки данио, в отличие от млекопитающих, демонстрируют замечательную способность к регенерации большинства своих органов, Дас и его коллеги решили изучить, как плавник восстанавливается после травмы. Они увидели, что весь процесс, наблюдавшийся ими при развитии плавника, повторялся при его регенерации, а именно: сначала росли лимфатические сосуды, а лишь потом они превращались в кровеносные сосуды. «Это открытие подтверждает идею о том, что создание кровеносных сосудов из разных типов клеток не случайно — оно служит потребностям организма», — говорит Дас.
Результаты исследования, вероятно, будут иметь отношение к позвоночным, кроме рыбок данио , включая человека. «В прошлых исследованиях все, что мы обнаруживали у рыб, обычно оказывалось справедливым и для млекопитающих», — говорит Янив.
Она добавляет: «На более общем уровне мы продемонстрировали связь между «биографией» клетки кровеносного сосуда и ее функцией во взрослом организме. Мы показали, что идентичность клетки определяется не только ее местом расположения. «местом жительства» или видами сигналов, которые он получает от окружающих тканей, но также и личностью его «родителей».
Исследование может привести к новым направлениям исследований в области медицины и исследований человеческого развития. Это могло бы, например, помочь прояснить функцию специализированной сосудистой сети в плаценте человека, которая позволяет создать среду с низким содержанием кислорода для развития эмбриона .. Это также могло бы способствовать борьбе с распространенными заболеваниями: сердечные приступы было бы легче предотвращать и лечить, если бы мы могли определить особенности коронарных сосудов сердца; новые методы лечения могут быть разработаны, чтобы лишить рак кровоснабжения, если мы узнаем, как именно происходит это кровоснабжение; и знание того, как кровеносные сосуды мозга становятся непроницаемыми, может помочь более эффективно доставлять лекарства в ткани мозга. В еще одном важном направлении результаты могут найти применение в тканевой инженерии, помогая снабдить каждую ткань сосудом, в котором она нуждается.
Янив, чья лаборатория специализируется на изучении лимфатической системы, чувствует себя особенно оправданным в связи с новой ролью, которую выявило исследование для лимфатических сосудов: «Обычно они рассматриваются как бедные родственники кровеносных сосудов, но, возможно, все как раз наоборот.»
