Świeża krew

15 czerwca 2018
Blog szalonych naukowców

Komórki szpiku, z których powstają krwinki, są wrażliwe na promieniowanie. To nie jest wiedza szczególnie specjalistyczna. Wystawienie na promieniowanie spowodowało chociażby niedokrwistość aplastyczną u Marii Skłodowskiej-Curie. Na szczęście dla większości ludzi promieniowanie nie dociera do szpiku w ilościach powodujących chorobę popromienną. Większość przecież zatrzymuje się na skórze.

Powstawanie komórek krwi w szpiku nie jest jedynym rozwiązaniem spotykanym u kręgowców. Chociażby u ryb kostnoszkieletowych, które też mają kości – jak sama nazwa wskazuje, układ krwiotwórczy znajduje się w nerkach. Ma to swoje konsekwencje także dla badaczy – łatwiej się dostać do nerek niż wnętrza kości.

Jakiś czas temu niemiecki (choć pracujący głównie na Harvardzie) onkolog Friedrich Kapp chciał w związku ze swoimi badaniami obejrzeć komórki macierzyste krwinek u danio pręgowanego, ryby będącej jednym z gatunków modelowych dla badań nad kręgowcami. Z pewnego punktu widzenia danio pręgowany jest niezłym przybliżeniem człowieka i rozwiązania podejrzane u niego albo na nim przetestowane można próbować dostosowywać do ludzkiej medycyny. Włożył odpowiedni obiekt pod mikroskop, ale niestety, obraz go rozczarował. Okazało się, że krwiotwórcze komórki są przykryte parasolowatą warstwą melanocytów.

Melanocyty występują też u ludzi i są odpowiedzialne za opalanie. Ale efekt estetyczny jest tylko efektem ubocznym – pierwotnym celem opalenizny jest filtrowanie promieniowania ultrafioletowego. W związku z tym Kapp doszedł do wniosku, że prawdopodobnie o to samo chodzi w przypadku nerek danio. Zdroworozsądkowy wniosek to jedno, a dowody – to drugie. Po wystawieniu danio na promieniowanie ultrafioletowe normalne osobniki zachowały normalne parametry, podczas gdy mutanty, u których brak melanocytów, dostały niedokrwistości. Ponieważ parasol melanocytów u normalnych osobników (tradycyjnie w genetyce określało się takie osobniki jako typ dziki) naprawdę ma kształt daszku, oświetlenie ich ultrafioletem od strony brzucha w kolejnym badaniu sprawiło, że nie zadziałał i u nich też spadł poziom krwinek. Więcej dowodów na rolę melanocytów w ochronie komórek krwiotwórczych u danio nie trzeba.

Mechanizm ten okazuje się powszechny u ryb z tak różnych grup, że ich wspólny przodek żył 500 mln lat temu, więc pewnie jest właśnie tak stary. Również u kijanek drzewołazów komórki układu krwiotwórczego są zlokalizowane w nerkach i są osłonięte melanocytami. Jednak w miarę wyrastania im nóg, komórki te przenoszą się z nerek do kości. Melanocyty przestają pełnić funkcję ich filtra, a rolę tę przejmuje tkanka kostna.

Zatem kości to nie tylko element szkieletu. Znajdujące się wewnątrz nich komórki szpiku są chronione nie tylko przed uszkodzeniem mechanicznym, ale też przed promieniowaniem ultrafioletowym. Dla promieniowania przenikliwego nie są wystarczającą barierą, ale ewolucja nie jest przewidująca i nie zaplanowała istnienia aparatów rentgenowskich czy reaktorów jądrowych, które ostatecznie mogą uszkodzić tak kluczowy dla organizmu element jak układ hematopoetyczny. Z kolei pewnie u ludzi bariera dla UV, jaką stanowią skóra i inne tkanki, byłaby wystarczająca, ale z raz wybranej ścieżki ewolucyjnej nie tak łatwo zejść.

ilustracja: Eskel~commonswiki, domena publiczna

Friedrich G. Kapp, Julie R. Perlin, Elliott J. Hagedorn, John M. Gansner, Daniel E. Schwarz, Lauren A. O’Connell, Nicholas S. Johnson, Chris Amemiya, David E. Fisher, Ute Wölfle, Eirini Trompouki, Charlotte M. Niemeyer, Wolfgang Driever & Leonard I. Zon, Protection from UV light is an evolutionarily conserved feature of the haematopoietic niche Nature, 2018, doi:10.1038/s41586-018-0213-0