Denník N

Pečeň ako skladačka. Vedci odhalili chýbajúci kúsok

Illustrácia "Stavba pečene", Lenka Belicová pomocou canva.com
Illustrácia „Stavba pečene“, Lenka Belicová pomocou canva.com

Pečeň je dôležitý orgán, ktorý v našom tele spĺňa okolo 500 rôznych úloh. Funguje ako továreň na proteíny, čistička krvi, či skladisko zásob energie. Na to, aby dobre fungovala, potrebuje všetky súčasti na správnom mieste, perfektne zosúladené. O tom, ako pečeň počas vývinu poskladá tieto súčasti do správneho tvaru, vieme stále prekvapivo málo. Lenka Belicová s kolegami z Inštitútu Maxa Plancka v Drážďanoch (MPI-CBG) si posvietili na žlčové kanáliky a objavili nový architektonický prvok, ktorý podporuje ich štruktúru.

Dokonalý architektonický skvost

Pečeň možno na prvý pohľad nevyzerá veľmi atraktívne, ale všetko je inak, keď sa na jej tkanivo pozrieme pod mikroskopom. Tkanivu dominujú pečeňové bunky hepatocyty, ktoré sú usporiadané v radoch za sebou, vypĺňajúce priestor medzi cievnym systémom. Práve v hepatocytoch sa odohráva väčšina dôležitých procesov.

Jedným z nich je výroba žlče, ktorá pomáha s trávením potravy v tenkom čreve. Žlč však môže byť pre samotné bunky pečene toxická, a preto je nevyhnutné, aby sa cez tkanivo prepravila v uzavretom systéme. Pečeň to vyriešila vytvorením siete miniatúrnych žlčových kanálikov. Kanáliky majú v dospelom orgáne priemer okolo 1 μm1. Pre porovnanie, je to asi 100-krát menej než priemer ľudského vlasu.

Obrázok 1: Pečeň pod mikroskopom. Prierez tkanivom pečene a 3D model hepatocytu (2) odvodený z mikroskopických obrázkov. Žlčové kanáliky sú označené zelenou. Mierka je 10 μm = 0,01 mm.

Keď sa pozrieme na kanáliky dospelom orgáne v 3D, zdá sa, akoby jednotlivé hepatocyty nosili tenučké opasky žlčových kanálikov okolo seba2. Žlčové kanáliky sú v skutočnosti súčasťou hepatocytov, sú tvorené ich membránami. Počas vývinu dva susediace hepatocyty spoja svoje membrány a vytvoria medzi sebou priestor, izolovaný od zvyšku buniek, kam budú žlč vylučovať. Spôsob, akým sú kanáliky usporiadané, je veľmi jedinečný a vedci sa už niekoľko desaťročí snažia porozumieť, ako ich hepatocyty vytvárajú.

Pečeňové bunky pod drobnohľadom

Najideálnejšie by bolo, keby sme sa na proces tvorby žlčových kanálikov mohli pozrieť priamo vo vyvíjajúcej sa pečeni. To však zatiaľ nie je technicky úplne možné, a tak sme na to išli okľukou. V laboratóriu sme vytvorili zjednodušenú verziu pečene, ktorú sme mohli oveľa ľahšie pozorovať a analyzovať.

Z myšej pečene sme odobrali pečeňové bunky, ktoré sú ešte akoby v pubertálnom štádiu predtým, než “dospejú” do hepatocytov. V plastových kultivačných miskách sme im vytvorili ideálne prostredie, aby tak ako dozrievali do hepatocytov, vytvárali aj žlčové kanáliky. Tento proces sme zachytili na kamere.

Obrázok 2: Vytvorenie zjednodušenej pečene z izolovaných pečeňových buniek umožnilo pozorovať tvorbu žlčových kanálikov v priamom prenose. Príklad videa nájdete tu. Mierka je 10 μm.

Všimli sme si, že štíhle predlžujúce sa žlčové kanáliky vytvárajú priečne pásiky na svojom povrchu. Tie sú tak malé, že na ich dôkladné preskúmanie sme potrebovali elektrónový mikroskop. Odhalili sme, že tieto pásiky sú vlastne pravidelne rozmiestnené prepážky vnútri žlčových kanálikov, pripomínajúce čosi ako prepážky v člnoch, a teda popísali nový architektonický prvok pečene. Je však tento prvok len ozdobný detail stavby kanálikov alebo má aj funkciu, tak ako prepážky v člnoch či na lodiach?

Obrázok 3: V žlčových kanálikoch sa nachádzajú priečne prepážky. 3D model vytvorený na základe analýzy elektrónovým mikroskopom.

Mať bunky v zjednodušenom systéme má ďalšiu výhodu, že s nimi môžeme rôzne manipulovať. Napríklad môžeme otestovať, ktoré gény a proteíny bunky používajú na jednotlivé procesy. V tomto prípade sme objavili, že proteín Rab35 je potrebný na to, aby hepatocyty prepážky vytvorili a žlčové kanáliky mali správny tvar.

Keď sme proteín odobrali, prepážky chýbali a kanáliky začali narastať do guľovitého tvaru. To malo za následok, že neboli schopné vytvoriť “opasky” okolo hepatocytov a prepojenú sieť kanálikov. Namiesto toho sa zväčšovali, až sa bunky okolo nich nakoniec preskupili do izolovaných cýst. Keď sme odobratie proteínu zopakovali priamo v pečeni u myší, takisto to ovplyvnilo nielen samotné žlčové kanáliky, ale aj to, ako sa bunky v tkanive usporiadali. Takéto pretrvávajúce zmeny v štruktúre by v konečnom dôsledku viedli k nefunkčnej pečeni.

Obrázok 4: Nedostatočné množstvo proteínu Rab35 znemožní kultivovaným pečeňovým bunkám udržať správny predĺžený tvar žlčových kanálikov a vytvorenie siete. To vedie k tomu, že sa bunky postupne zoskupia do izolovaných cýst. Príklad videí nájdete tutu. Mierka je 10 μm.

Týmto spôsobom sme teda odhalili, že hepatocyty používajú špeciálne prepážky vnútri žlčových kanálikov, ktoré im umožňujú regulovať ich správny tvar, a tým aj usporiadanie tkaniva pečene. Zostáva zistiť, ktoré proteíny sa spolu s Rab35 na tomto procese podieľajú a ako presne. V pokračovaní výskumu sa takisto snažíme vypátrať, či tieto novoobjavené prepážky hrajú významnú úlohu v chorobách, ktoré ovplyvňujú prietok žlče.

Výskum v Drážďanoch

Tento projekt bol súčasťou môjho doktorandského štúdia pod vedením Prof. Marina Zeriala na Inštitúte Maxa Plancka pre molekulárnu bunkovú biológiu a genetiku. V Zerial labe sa snažíme pochopiť princípy organizácie buniek a tkanív za využitia experimentálnych a počítačových metód. Samotný inštitút sa radí medzi tie top v rámci inštitútov Spoločnosti Maxa Plancka. Bol to skutočne zážitok vyskúšať si prostredie, ktoré disponuje skvelým technickým zázemím a nadšencami pre vedu z celého sveta, ktorí sú ochotní kedykoľvek pomôcť a poradiť.

Drážďany sú mestom študentov a vedcov s mnohými výskumnými centrami prepojenými na Technickú univerzitu v Drážďanoch. A celý tento balíček je len dve hodiny od Prahy. Určite doporučujem na stáž, štúdium, či sa aspoň len tak pozrieť.

Originálna publikácia:

Anisotropic expansion of hepatocyte lumina enforced by apical bulkheads | Journal of Cell Biology | Rockefeller University Press (rupress.org)

Ďalšia použitá literatúra:

  1. https://www.nature.com/articles/s41591-019-0660-7
  2. https://elifesciences.org/articles/44860#fig1video3

Zdroj obrázkov: Lenka Belicová, úvodná ilustrácia pomocou canva.com

Lenka Belicová

Je bunková biologička, ktorú fascinuje, ako sa bunky rozhodujú o svojom osude a ako sa spolu s ostatnými organizujú do tkanív a orgánov. Momentálne pokračuje vo výskume svojho obľúbeného orgánu pečene na Karolinskom Inštitúte v Štokholme, v laboratóriu Emmy Andersson.

Vyštudovala mikrobiológiu na Fakulte potravinárskej a biochemickej technológie na VŠCHT v Prahe. Počas vysokej školy stážovala na Mikrobiologickom ústave AV ČR u Doc. Ing. Aleny Pichovej, Csc., kde objavila nadšenie pre bunkovú biológiu prácou na starnutí buniek kvasiniek. Na doktorát sa presunula do Drážďan na Inštitút Maxa Plancka pre molekulárnu bunkovú biológiu a genetiku a pod vedením Prof. Marina Zeriala študovala vývin pečeňových buniek.

Lenka je členkou organizácie Žijem vedu, v rámci ktorej rada spovedá slovenských vedcov a vedkyne pôsobiacich doma či v zahraničí a píše o ich práci.

Spojte sa s ňou na twitteri: @LenkaBelicova

___

Viac informácií o Žijem vedu nájdete tu, na Facebooku na stránke Žijem vedu, na TwitteriLinkedIne alebo Instagrame.

Teraz najčítanejšie

Žijem vedu

Žijem Vedu je platforma, ktorá dáva priestor všetkým slovenským vedkyniam a vedcom prispieť k napredovaniu vedy na Slovensku.