Forskeres gennemgribende opdagelse viser, hvordan nyreceller fornyer sig selv

Forskere fra University of Texas i Dallas har opdaget en hidtil ukendt "husholdningsproces" i nyreceller, der udstøder uønsket indhold, hvilket resulterer i celler, der forynger sig selv og forbliver fungerende og sunde.

Selvfornyelsesprocessen, som er fundamentalt forskellig fra, hvordan andre kropslige væv menes at regenerere, hjælper med at forklare, hvordan nyrerne, undtagen skader eller sygdom, kan forblive sunde i hele livet. Forskerne beskrev mekanismen i en undersøgelse offentliggjort 17. april i Nature Nanotechnology .

I modsætning til leveren og huden, hvor celler deler sig for at skabe nye datterceller og regenerere organet, er celler i nyrernes proksimale tubuli mitotisk hvilende - de deler sig ikke for at skabe nye celler. I tilfælde af mild skade eller sygdom har nyrecellerne begrænsede reparationsevner, og stamceller i nyren kan danne nye nyreceller, men kun op til et punkt, sagde Dr. Jie Zheng, professor i kemi og biokemi ved School of Naturvidenskab og matematik og medkorresponderende forfatter til undersøgelsen.

"I de fleste scenarier, hvis nyreceller er alvorligt sårede, vil de dø, og de kan ikke regenerere," sagde Zheng, en fremtrædende lærer i naturvidenskab og matematik. "Din nyre vil bare svigte før eller siden. Det er en stor udfordring i sundhedsstyringen for nyresygdom. Alt, hvad vi kan gøre i øjeblikket, er at bremse udviklingen til nyresvigt. Vi kan ikke nemt reparere organet, hvis det er alvorligt skadet eller af kronisk sygdom.

"Det er derfor, at opdagelsen af ​​denne selvfornyelsesmekanisme sandsynligvis er en af ​​de mest betydningsfulde resultater, vi har gjort indtil videre. Med fremragende kernefaciliteter og dedikeret personale er UTD et fantastisk sted at lave sådan banebrydende forskning."

Yderligere forskning kan føre til forbedringer inden for nanomedicin og tidlig påvisning af nyresygdom, sagde han.

Et uventet fund

Forskerne sagde, at deres opdagelse overraskede dem.

I 15 år har Zheng undersøgt den biomedicinske brug af guldnanopartikler som billeddannende midler, for grundlæggende forståelse af glomerulær filtration, til tidlig påvisning af leversygdomme og for målrettet levering af kræftlægemidler. En del af dette arbejde har fokuseret på at forstå, hvordan guldnanopartikler filtreres af nyrerne og fjernes fra kroppen gennem urin.

Forskning har vist, at guldnanopartikler generelt passerer uskadt gennem en struktur i nyren kaldet glomerulus og derefter bevæger sig ind i proksimale tubuli, som udgør over 50 % af nyren. Proksimale tubulære epitelceller har vist sig at internalisere nanopartiklerne, som til sidst undslipper disse celler for at blive udskilt i urinen. Men hvordan de undslipper cellerne har været uklart.

I december 2021, Zheng og hans kemihold-forsker og hovedstudieforfatter Yingyu Huang Ph.D. '20 og co-korrespondrende forfatter Dr. Mengxiao Yu, forskningslektor – undersøgte guldnanopartikler i proksimale rørformede vævsprøver ved hjælp af et optisk mikroskop, men de skiftede til et af universitetets elektronmikroskoper (EM) for bedre opløsning.

"Ved at bruge EM så vi guldnanopartikler indkapslet i lysosomer inde i store vesikler i lumen, som er rummet uden for epitelcellerne," sagde Yu.

Vesikler er små væskefyldte sække, der findes både inden i og uden for celler, der transporterer forskellige stoffer.

"Men vi observerede også dannelsen af ​​disse vesikler indeholdende både nanopartikler og organeller uden for celler, og det var ikke noget, vi havde set før," sagde Yu.

Forskerne fandt proksimale rørformede celler, der havde dannet sig udadvendte buler i deres luminale membraner, der ikke kun indeholdt guldnanopartikler, men også lysosomer, mitokondrier, endoplasmatisk retikulum og andre organeller, der typisk er begrænset til en celles indre. Det ekstruderede indhold blev derefter klemt af i en vesikel, der flød ud i det ekstracellulære rum.

"På det tidspunkt vidste vi, at dette var et usædvanligt fænomen," sagde Yu. "Dette er en ny metode for celler til at fjerne cellulært indhold."

En ny fornyelsesproces

Den ekstruderingsmedierede selvfornyelsesmekanisme er fundamentalt forskellig fra andre kendte regenerative processer - såsom celledeling - og rengøringsopgaver som eksocytose. Ved eksocytose er fremmede stoffer såsom nanopartikler indkapslet i en vesikel inde i cellen. Derefter smelter vesikelmembranen sammen med indersiden af ​​cellens membran, som åbner for at frigive indholdet til ydersiden.

"Det, vi opdagede, er totalt forskelligt fra den tidligere forståelse af, hvordan celler eliminerer partikler. Der er ingen membranfusion i ekstruderingsprocessen, som eliminerer gammelt indhold fra normale celler og tillader cellerne at opdatere sig selv med frisk indhold," sagde Huang. "Det sker, uanset om der er fremmede nanopartikler til stede eller ej. Det er en iboende, proaktiv proces, som disse celler bruger til at overleve længere og fungere korrekt."

Zheng sagde, at deres resultater åbner op for nye studieområder. For eksempel findes epitelceller, ligesom dem i de proksimale tubuli, i andre væv, såsom arteriernes vægge og i tarmen og fordøjelseskanalen.

"Inden for nanomedicin vil vi minimere ophobning af nanopartikler i kroppen så meget som muligt. Vi ønsker ikke, at de sidder fast i nyrerne, så det er meget vigtigt at forstå, hvordan nanopartikler elimineres fra de proksimale tubuli. " sagde Zheng. "Hvis vi også kunne lære at regulere eller overvåge denne selvfornyelsesproces, kan vi måske finde en måde at holde nyrerne sunde hos patienter med højt blodtryk eller diabetes.

"Hvis vi kunne udvikle måder at opdage signaturen af ​​denne proces noninvasivt, kunne det måske være en indikator for tidlig nyresygdom."

Flere oplysninger: Yingyu Huang et al., Proksimale tubuli eliminerer endocytoserede guldnanopartikler gennem en organel-ekstruderingsmedieret selvfornyelsesmekanisme, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01366-7

Journaloplysninger: Naturenanoteknologi

Leveret af University of Texas i Dallas