Определенные типы клеток непрерывно ползут по телу, чтобы добраться до места своего действия. Например, все лейкоциты – белые кровяные тельца иммунной системы – в организме человека преодолевают кумулятивное расстояние более 100 000 км в час.
На своем пути эти мигрирующие клетки должны найти свой путь через трехмерный лабиринт, заполненный другими клетками и внеклеточным матриксом. Определенные типы клеток – мезенхимальные клетки, такие как фибробласты, – продвигаются вперед, переваривая ткань, с которой сталкиваются, оставляя за собой туннель как след разрушения. Лейкоциты, с другой стороны, демонстрируют амебовидный способ передвижения, который позволяет им двигаться примерно в 100 раз быстрее. Кроме того, они не переваривают и не модифицируют окружающую среду (если бы они это сделали, они бы пробили тело более чем двумя миллионами километров туннелей в день!).
То, как эти чрезвычайно быстрые клетки перемещаются через плотную сеть интерстициальных волокон соединительной ткани, не повреждая другие клетки, представляет большой интерес для клеточных биологов. Профессор Майкл Сикст и его команда, включая первого автора Йорга Ренкавица, постдока в IST Austria на момент исследования и в настоящее время возглавляющего собственную исследовательскую группу в Биомедицинском центре Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене, Германия, теперь обнаружили узнать, как лейкоциты выбирают путь наименьшего сопротивления при перемещении в сложных условиях.
Ядро измеряет размер пор и помогает лейкоцитам двигаться вперед на полной скорости
Чтобы понять механизм, лежащий в основе этой избирательной формы движения клеток, исследователи построили полосу препятствий для лейкоцитов в реконструированной ткани, где клетки могли выбирать между порами разного размера, следуя глобальным направленным сигналам, таким как хемотаксические градиенты. Они наблюдали, что всякий раз, когда у амебоидных клеток был выбор, они использовали более крупные поры, т.е.е. путь наименьшего сопротивления.
В ходе дальнейших испытаний ученые обнаружили, что клетки способствуют этому активному направленному движению, подталкивая свое ядро к передней части клетки, чтобы оно могло служить своего рода механическим датчиком или линейкой. Другими словами, когда клетка движется вперед, она применяет цитоскелетные силы, чтобы вставить свое ядро в несколько соседних пор, чтобы измерить размер пор. Майкл Сикст: «Обычная органелла, управляющая клеткой, – это богатый актином ведущий фронт, который исследует окружающую среду.
Неожиданно мы обнаружили, что не это определяет путь лейкоцитов. Вместо этого ядро ведет клетку через более крупные поры.
Это имеет смысл, так как ядро является самой громоздкой частью клетки и также чувствительно к повреждениям."
Микротрубочки следят за тем, чтобы клетки не фрагментировались при прохождении через поры
Всякий раз, когда клетки успешно проталкивают свое ядро через пору, они должны втягивать безъядерные выступы, которые все еще вставлены в другие поры, чтобы избежать запутывания или даже фрагментации.
Чтобы указать выступам втягиваться, микротрубочки исчезают из этих выступов, как только центр организации микротрубочек (который всегда следует за ядром) проходит через пору. Это исчезновение микротрубочек вызывает сокращение актомиозина, и клетка, наконец, втягивает оставшиеся выступы. Когда исследователи активно разрушали микротрубочки, клетки запутывались, потому что дополнительные выступы не втягивались, продолжали двигаться вперед через другие поры и мигрировали во многих направлениях. В конце концов, клетка раскололась на части и умерла. «Наши выводы основаны на анализе лейкоцитов.
Тем не менее, наиболее вероятно, что механизмы одинаковы для любых других типов амебоидных клеток, участвующих в процессах развития, иммунитета или регенерации. Кроме того, этот механизм может помочь объяснить, как раковые клетки перемещаются из одной части тела в другую, чтобы образовывать метастазы, и, что наиболее важно, как помешать им это сделать », – заключает Майкл Сикст.