Зачем эритроциты пожертвовали ядром и ДНК для выживания

Эритроциты живут всего 120 дней, у них нет ядра и собственной ДНК, а когда срок выходит, их безжалостно утилизирует селезенка. И это не баг, а фишка эволюции.

Эритроциты, или красные кровяные тельца, — это самые многочисленные клетки в нашем теле. И при этом единственные, кто добровольно отказался от собственного ядра и ДНК. Как так вышло?

Обычно в любой живой клетке есть ядро с упакованными молекулами ДНК — инструкциями для роста, работы и размножения. Но с эритроцитами млекопитающих всё иначе.

Всё начинается в костном мозге. Когда будущий эритроцит только появляется на свет (на этой стадии его называют эритробластом), он выглядит как обычная клетка: у него есть и ядро, и митохондрии. Но потом запускается программа, которую ученые назвали энуклеацией.

Клетка начинает сжиматься, ядро смещается к краю, и эритроцит буквально выплевывает его наружу. Мусор подбирают дежурные макрофаги — клетки-чистильщики. Как только ядро оказывается снаружи, макрофаг его тут же проглатывает и перерабатывает.

В кровоток попадает пустая клетка без ядра и способности размножаться — ретикулоцит. Через пару дней она теряет остатки органелл и становится зрелым эритроцитом.

Зачем такие жертвы?

Чтобы освободить место. Ядро занимает кучу пространства. Избавившись от него, клетка может набить себя гемоглобином под завязку. А гемоглобин — это белок, который переносит кислород. Чем его больше, тем больше кислорода получает организм.

Кроме того, без жесткого ядра эритроцит становится пластичным. Он принимает форму двояковогнутого диска — как пончик без дырки. Это позволяет ему протискиваться через капилляры, которые в два раза уже его самого.

Но избавиться от ядра — это только половина дела. Помните из школы, что такое митохондрия? Энергетическая станция клетки. Так вот, эритроциты отказываются даже от них.

Проблема в том, что митохондрии потребляют кислород, чтобы вырабатывать энергию. Если бы эритроцит их оставил, он по дороге израсходовал бы весь кислород, который несет. Поэтому эритроцит живет на анаэробном гликолизе — потребляет глюкозу, не тратя драгоценный газ, который транспортирует.

А у лягушек и птиц эритроциты с ядрами

У птиц, рептилий и рыб эритроциты с ядрами есть. Долго считалось, что млекопитающие избавились от ядер, чтобы поддерживать высокую температуру тела и быстрый метаболизм. Это якобы позволило нам развить сложный мозг, которому нужно нереальное количество кислорода.

Но птицы тоже теплокровные и метаболизм у них быстрый. У колибри, например, сердце бьется 1200 раз в минуту. И при этом их эритроциты носят внутри бесполезное ядро.

В 2021 году ученые сравнили кровь сотен видов птиц и млекопитающих. Выяснилось, что кровеносная система птиц справляется с доставкой кислорода ничуть не хуже. Просто их клетки немного крупнее, а капилляры чуть шире. Получается, мы в этом плане вовсе не совершеннее.

Эволюция млекопитающих пошла по пути миниатюризации капилляров. И нам пришлось пожертвовать ДНК, чтобы кровяные тельца не застревали в сосудах. Это не столько апгрейд, сколько вынужденная мера.

Эритроциты — биологические дроны-ловушки

Но эритроциты не просто контейнеры для кислорода. Оказывается, эти клетки хитрее, чем мы думали.

В 2021 году американские ученые выяснили, что эритроциты работают как иммунные ловушки. На их поверхности нашли рецептор TLR9, который ищет чужеродную ДНК.

Если в кровь попадает бактерия или вирус, эритроцит чует их ДНК, связывает её и совершает камикадзе-атаку. Он сигналит иммунной системе: «Уничтожьте меня, я поймал заразу!».

Избавившись от своей ДНК, они стали идеальными сенсорами для чужой. Эритроцит — это не просто мешок с кислородом. Это патрульный дрон-камикадзе.

120 дней и в утиль

У эритроцита нет ДНК, поэтому он не может синтезировать белки. А раз он не может ничего синтезировать, то не может и чинить себя. Любая поломка или износ мембраны — и всё, конец.

Примерно через 120 дней активной работы эритроцит изнашивается настолько, что теряет пластичность. Он уже не может пролезть через узкие капилляры в селезенке, и его съедают макрофаги. Железо из гемоглобина идет на переработку, а остатки превращаются в билирубин, который окрашивает кал в коричневый цвет.

Такая вот сансара... и парадокс: чтобы мы могли жить, триллионы наших клеток должны отказаться от самой сути жизни — от своего ядра.