Kodėl kai kurios ląstelės gali atsinaujinti, o kitos – ne?

Kas nutinka, kai įsipjauname pirštą? Po kelių dienų žaizda ima trauktis, oda atauga, o skausmas pamažu pasitraukia. Tačiau panašus pažeidimas širdyje ar nervų sistemoje dažnai palieka daug rimtesnių pasekmių. Vienos kūno dalys, regis, geba nuolat taisytis, o kitos po traumos nebegrįžta į ankstesnę būklę. Šis skirtumas nėra atsitiktinis – jį lemia ląstelių paskirtis, aplinka ir tai, kiek „laisvės“ joms paliko organizmas.

Ląstelės atsinaujina ne vienodai

Atsinaujinimas prasideda nuo ląstelės gebėjimo dalytis. Dalijimosi metu viena ląstelė sukuria dvi naujas, kurios gali pakeisti žuvusias ar pažeistas. Tačiau ne visos ląstelės šį procesą atlieka vienodai dažnai.

Kai kurios ląstelės dauginasi beveik nuolat. Tai ypač būdinga audiniams, kurie nuolat susiduria su išoriniu poveikiu arba greitai nusidėvi. Pavyzdžiui, odos epidermio, žarnyno gleivinės ir kraujo ląstelės nuolat atnaujinamos. Žarnyno gleivinė dėl agresyvios virškinimo aplinkos ir nuolatinio mechaninio poveikio gali būti pakeičiama per kelias dienas. Kraujo ląstelės taip pat turi ribotą gyvavimo laiką, todėl kaulų čiulpuose be pertraukos gaminamos naujos.

Kitų audinių ląstelės dalijasi tik prireikus. Kepenų ląstelės, vadinamos hepatocitais, įprastomis sąlygomis dauginasi nedaug, tačiau pažeidus organą gali aktyviai įsitraukti į jo atkūrimą. Dėl to kepenys laikomos vienu geriausiai atsikuriančių žmogaus organų.

Dar viena grupė – ląstelės, kurios po subrendimo beveik visiškai praranda gebėjimą dalytis. Į šią kategoriją dažnai patenka širdies raumens ląstelės ir daugelis nervinių ląstelių. Jos atlieka sudėtingas, specializuotas funkcijas, tačiau jų struktūra tampa pernelyg „užimta“ kasdieniu darbu, kad būtų galima lengvai grįžti į dalijimosi būseną.

Kam reikalingos kamieninės ląstelės

Svarbų vaidmenį audinių atsinaujinime atlieka kamieninės ląstelės. Jos nėra galutinai specializuotos, todėl gali daugintis ir dalį savo palikuonių paversti konkretaus audinio ląstelėmis. Būtent dėl šio derinio – gebėjimo išlikti ir gebėjimo diferencijuotis – jos veikia kaip biologinė atsargų sistema.

Suaugusio žmogaus organizme kamieninių ląstelių yra įvairiuose audiniuose. Kaulų čiulpų kamieninės ląstelės gamina raudonuosius ir baltuosius kraujo kūnelius, trombocitus. Žarnyno kriptose esančios kamieninės ląstelės nuolat papildo gleivinės ląstelių atsargas. Odoje jos padeda palaikyti epidermio sluoksnį ir prisideda prie žaizdų gijimo.

Vis dėlto kamieninių ląstelių galimybės nėra neribotos. Jos priklauso nuo konkretaus audinio ir jo aplinkos. Kamieninė ląstelė, esanti kaulų čiulpuose, paprastai nesukuria nervinės ar širdies raumens ląstelės. Jos veiklą riboja cheminiai signalai, sąlytis su kitomis ląstelėmis ir vadinamoji niša – speciali mikroaplinka, kurioje ląstelė gyvena.

Kai audinys pažeidžiamas, ši aplinka keičiasi. Išsiskiria signalinės molekulės, į pažeistą vietą atvyksta imuninės sistemos ląstelės, suaktyvėja uždegimas. Visa tai gali paskatinti ląsteles dalytis, migruoti ir pradėti atkurti audinį. Tačiau per stiprus arba ilgai trunkantis uždegimas gali veikti priešingai – pažeisti naujas ląsteles ir paskatinti randėjimą.

Specializacija turi savo kainą

Ląstelės specializacija leidžia organizmui veikti sudėtingai. Nervinė ląstelė perduoda elektrinius signalus, širdies raumens ląstelė ritmiškai susitraukia, o kasos ląstelė gamina insuliną. Tačiau kuo labiau ląstelė prisitaiko prie vienos konkrečios užduoties, tuo mažiau lankstumo ji dažnai išsaugo.

Specializacijos metu ląstelė keičia ne tik savo formą, bet ir įjungiamų genų rinkinį. Tam tikri genai tampa aktyvūs, kiti – nutildomi. Dėl to suaugusi ląstelė nebegali lengvai grįžti į ankstesnę, mažiau specializuotą būseną. Ji tarsi gauna aiškų darbo aprašymą, bet kartu praranda dalį galimybių persiorientuoti.

Tam įtakos turi ir dalijimosi ciklas. Kai kurios ląstelės visam laikui išeina iš jo ir pereina į ramybės būseną. Jos gali ilgai išlikti gyvybingos, bet nebesidalyti. Tokios ląstelės ypač svarbios audiniuose, kuriuose būtina stabili struktūra. Pavyzdžiui, nervų sistemoje per didelis nekontroliuojamas dalijimasis būtų pavojingas, nes galėtų sutrikdyti tiksliai susiformavusius ryšius.

Kita vertus, ribotas dalijimasis padeda apsisaugoti nuo vėžio. Kuo dažniau ląstelė kopijuoja savo DNR, tuo didesnė tikimybė, kad atsiras klaidų. Organizmas turi sudėtingas kontrolės sistemas, kurios stabdo pažeistas ląsteles arba jas sunaikina. Tačiau jeigu šios apsaugos sugenda, gebėjimas daugintis gali tapti ne gijimo, o ligos šaltiniu.

Kodėl vieni audiniai atsikuria geriau už kitus

Audinio gebėjimą atsinaujinti lemia ne vien pačios ląstelės. Svarbi ir jo sandara, kraujotaka, imuninės sistemos reakcija bei jungiamojo audinio formavimasis po traumos.

Oda ir žarnynas turi aktyvias kamieninių ląstelių populiacijas, todėl jų ląstelių atsargos nuolat papildomos. Kepenys taip pat pasižymi išskirtiniu atsikūrimo potencialu. Tačiau jei pažeidimas kartojasi, vietoje veikiančio audinio gali pradėti kauptis randinis jungiamasis audinys. Jis užpildo pažeistą vietą, bet neatkuria visų ankstesnių funkcijų.

Širdies raumuo po infarkto dažniausiai neatauga taip, kaip oda po įpjovimo. Žuvusias širdies ląsteles daugiausia pakeičia randas, todėl širdies susitraukimo jėga gali sumažėti. Nervų sistemoje situacija dar sudėtingesnė: net ir išlikus kai kurioms ląstelėms, prarastus ryšius atkurti sunku, nes tam reikia ne tik naujų neuronų, bet ir tikslaus jų susijungimo.

Mokslininkai tiria, kaip paskatinti tokius audinius atsinaujinti. Bandoma keisti ląstelių aplinką, aktyvinti tam tikrus genus, naudoti kamienines ląsteles ir kurti biologinius pastolius, kurie padėtų audiniui atkurti struktūrą. Tačiau vien padauginti ląstelių nepakanka – jos turi tinkamai susiformuoti, susijungti su kitomis ir atlikti reikiamą funkciją.

Kūnas todėl nėra paprasta sistema, kurioje trūkstamą dalį galima tiesiog pakeisti nauja. Atsinaujinimas – nuolatinė pusiausvyra tarp dalijimosi, specializacijos, apsaugos nuo klaidų ir audinio poreikių. Vienos ląstelės išsaugo galimybę pradėti iš naujo, o kitos lieka ištikimos savo vienintelei užduočiai. Būtent ši tvarka leidžia organizmui ir taisytis, ir išlikti stabiliai veikiančiam.