ДНК нейтрофілів – усього лише ловецькі тенета

Одного разу, коли я був маленьким, мій приятель стягнув у свого батька – старого прихильника «Бітлз» – бобіни, аби використати їх для того, щоб ловити котів, які мешкали у підвалі нашого будинку, шляхом заклеювання підвальних вікон магнітофонною плівкою. «Це ж не просто стрічки, – кричав обурений бітломан синові, — на них же музика записана!». Майже 20 років потому, у 2004-му році в журналі “Science” була надрукована стаття групи вчених Берлінського відділення Інституту Макса Планка під керівництвом Arturo Zychlinsky, де було показано, що використанням не за призначенням носіїв інформації займаються також і деякі клітини нашого організму.

Так, гранулоцити – клітини відомі всім, хто хоч раз здавав аналіз крові, – використовують власну ядерну ДНК для формування позаклітинних сіток-пасток. Гранулоцити – це клітини крові, що містять різноманітні специфічні гранули. Переважно ці клітини несуть у своїх гранулах ферменти, які використовують для знищення усіляких патологічних чинників, що надходять ззовні та перебувають у позаклітинному просторі, в першу чергу бактерій. Клітини, гранули яких фарбуються одночасно кислими та лужними барвниками, називають нейтрофільними гранулоцитами. Як же нейтрофілам спіймати бактерії, що вільно перебувають між нормальними клітинами організму?

Для цього, як з’ясувалося, існує спеціальний механізм, що використовує найдовшу молекулу, яка знаходиться майже в усіх клітинах нашого організму. Це ДНК, що кодує всю генетичну інформацію будь-якої особистості. Оскільки нейтрофіли, що потрапили у вогнище запалення все одно приречені на загибель, то подальше зберігання та використання цієї генетичної інформації їм вже не знадобиться. Зате сумарна довжина ДНК кожної клітини складає 2 метри! Тому ДНК являє собою чудовий матеріал для побудови тенет, здатних неспецифічно вловлювати та затримувати позаклітинні частки, що потенційно підлягають знищенню. Цей феномен отримав назву нейтрофільні позаклітинні пастки (Neutrophil Extracellular Traps, NETs).

Вивченню його механізмів зараз приділяється все більше уваги. Необхідно ще раз підкреслити, що клітини, що викинули назовні своє ДНК, при цьому гинуть. А всі описані станом на сьогодні варіанти загибелі клітин супроводжуються руйнуванням їх ДНК (некроз, апоптоз, автофагія, мітотична катастрофа, тощо). І тільки гранулоцити зберігають здатність не руйнувати (не фрагментувати) власну ДНК при такому «альтруїстичному» самогубстві. Наприклад, у випадку некрозу (насильницька, нагла, нерегульована загибель клітини) ДНК розпадається внаслідок дії ферментів, що потрапляють всередину клітини через порушення її зовнішніх покривів (мембрани), а також покривів ядра. В процесі апоптозу (генетично запрограмована загибель клітини) клітина своїми силами руйнує власне ДНК перш ніж розпастися на «шматочки». В умовах описаного нами феномену (NETs) цілісність зовнішніх покровів клітини порушується, але ДНК з ядра при цьому виходить цілим.

Через це механізми цього феномену описуються переважно в контексті незавершеного апоптозу, оскільки з одного боку цей процес регулюється внутрішньоклітинними ферментами, а з іншого – не супроводжується фрагментацією ДНК хоча й характеризується руйнуванням мембрани. Механізми автофагії, про яку ми писали ось тут, також відіграють неабияке значення у формуванні нейтрофільних позаклітинних пасток.

Морфологічні особливості цього явища добре видно на відео, знятому в Університеті міста Грайфсвальд, Німеччина. Зеленим пофарбовані фосфоліпіди мембрани нейтрофілів, а ДНК пофарбоване у фіолетовий колір, при цьому чітко видно, що з ядра клітин ДНК виходить не фрагментами, а цілком, так що тенета виглядають набагато більшими за вихідні розміри ядра.

На сьогодні значення цього явища описане при імунній відповіді на такі розповсюджені бактерії, як золотистий стафілокок, Pseudomonas aerugenosa та багато інших, а також у розвитку деяких автоімунних захворювань, як, наприклад, псоріаз, системний червоний вовчак, реватизм, тощо.

Neutrophil extracellular traps kill bacteria.

Brinkmann V, Reichard U, Goosmann C, Fauler B, Uhlemann Y, Weiss DS, Weinrauch Y, Zychlinsky A.

Neutrophil extracellular trap (NET)-mediated killing of Pseudomonas aeruginosa: evidence of acquired resistance within the CF airway, independent of CFTR.

Young RL, Malcolm KC, Kret JE, Caceres SM, Poch KR, Nichols DP, Taylor-Cousar JL, Saavedra MT, Randell SH, Vasil ML, Burns JL, Moskowitz SM, Nick JA.

_______________________________________________________________________

Примітка редакції: Відновлена публікація від 24 листопада 2011 року. Автор: Василь Нагібін, к.м.н., старший науковий співробітник Інституту фізіології ім. О.О.Богомольця НАН України