Полина Лосева - Против часовой стрелки. Что такое старение и как с ним бороться

Жизнь клеточной коммуны в значительной степени определяется декорациями, в которых существуют ее участники, а именно межклеточным веществом (внеклеточным матриксом). Эта трехмерная сеть, которая состоит из молекул примерно трехсот типов, формально служит лишь гнездом для клеток, но оказывается иногда даже более влиятельной, чем ее живые обитатели. Именно от нее зависит, будут ли клетки сотрудничать друг с другом или развернут гражданскую войну.

Опору матрикса составляют каркасные белки. Это толстые нити, которые, сплетаясь в сети, придают ткани форму и прочность, как пружинные каркасы в старых кроватях. Самый известный из этих белков – коллаген, он отвечает за механическую устойчивость ткани. Другой – эластин – способен скручиваться и раскручиваться обратно и позволяет всей конструкции растягиваться. В зависимости от того, какого каркасного белка больше, ткань может быть более жесткой, как, например, кость, или тянущейся, как кожа.

К каркасу крепится вторая составляющая межклеточного вещества, которая служит для клеток мягким матрасом. Это протеогликаны – белки с длинными углеводными "хвостами", – которые заполняют бóльшую часть пространства между клетками. Молекулы углеводов хорошо притягивают к себе воду и превращаются в слизь. На самом деле, все типы слизи, которые мы встречаем в живых организмах – на коже лягушки или в носу человека, – образованы такими углеводными нитями. Протеогликаны не исключение: они притягивают к себе множество молекул воды и превращаются в слизистое желе, на котором, как на подушке, лежат клетки.

Протеогликановое желе служит амортизатором для хрупких органов. А большое количество воды в ткани может сделать ее прочной и практически несжимаемой – именно это происходит с хрящом, который на молекулярном уровне похож на пакет с водой. В то же время протеогликаны создают вокруг клетки водную среду: между их слизистыми нитями могут свободно перемещаться питательные вещества, газы и сигнальные молекулы. Самый известный протеогликан и обладатель самых длинных цепей – гиалуроновая кислота, та самая, которую часто используют в косметологии, как раз для того чтобы создать "подушку" под провисшей кожей. Не столь популярны, но знакомы всем любителям спорта три протеогликана размером поменьше: хондроитинсульфат, дерматансульфат и гепарансульфат. Их много в хрящевой ткани, поэтому врачи их назначают для восстановления поврежденных суставов.

Из этого базового набора молекул можно собрать разные варианты матрикса "под запрос". Если нам нужно жесткое межклеточное вещество, как в кости, берем много коллагена, мало эластина, совсем мало протеогликанов и покрываем коллагеновые нити кристаллами фосфата кальция. Если нужна мягкая прослойка между внутренними органами, добавляем побольше протеогликанов и эластина. Если требуется упругий хрящ, делаем ставку на протеогликаны.

Чтобы удерживаться внутри межклеточного вещества, клетки цепляются своими поверхностными молекулами за его нити. И это дает матриксу возможность непосредственно передавать сигналы своим обитателям и направлять их жизнь. Так, например, от матрикса зависит судьба стволовых клеток соединительной ткани: если посадить их на подложку разной жесткости, они могут превратиться [215] Freitas-Rodríguez. S. The role of matrix metalloproteinases in aging: Tissue remodeling and beyond // Biochimica et Biophysica Acta (BBA) – Molecular Cell Research.. 2017 Nov; 1864 (11, part A): 2015–2025. в жировую ткань (если матрикс мягкий), или в мышечную (если более прочный), или в костную (если совсем жесткий).

Работает это приблизительно так: клетка "ощупывает" матрикс с помощью мембранных белков, к которым изнутри крепится клеточный скелет (цитоскелет) – внутренний белковый каркас клетки. Этот скелет, в свою очередь, связан с мембраной клеточного ядра, внутри которого есть собственный белковый каркас, ядерный скелет. А на ядерном скелете, как белье на веревке, развешаны нити ДНК. Когда внеклеточный матрикс натягивается, клетка изменяет форму, чтобы компенсировать возникшее напряжение. Это вызывает перестройку внутриклеточного, а затем и внутриядерного скелета – в результате одни участки ДНК (и гены, расположенные на них) становятся легко доступными для прочитывания, а другие отодвигаются в сторону. Так изменения в натяжении межклеточных волокон приводят к тому, что клетка начинает пользоваться новыми генами и выбирает себе новую профессию.