Обычно каждая клетка в организме связывается с окружающей средой через специфические рецепторы адгезии, которые присутствуют на ее плазматической мембране. Как универсальный «клей» между клетками и их окружением, эти рецепторы адгезии или интегрины либо стабилизируют клетку, если ей необходимо оставаться неподвижной, либо служат якорем, когда клетка пролезает через ткань. Но как определенные типы клеток, такие как белые кровяные тельца, могут гибко проходить через разные ткани, хотя эти ткани состоят из очень разных молекул, которые не обязательно соответствуют рецепторам адгезии??
Перемещение с клеем и без него
Тайна была разгадана в недавнем исследовании природы, проведенном группой Майкла Сикста из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) и сотрудников из Франции. Комбинируя эксперименты с физическими моделями, ученые описывают новый механизм передвижения клеток, который работает полностью независимо от того, какая клетка специфически связывается с внеклеточной средой. Вместо этого клетки используют геометрию окружающей среды, чтобы продвигаться вперед.
В своих экспериментах биологи использовали разные типы лейкоцитов, из которых они генетически исключили функцию интегринов, чтобы прервать связывание между клетками и их внеклеточной средой. В то время как интегрины необходимы для выживания и движения почти всех типов клеток, ученые IST Austria обнаружили в предыдущем исследовании, что лейкоциты могут двигаться и выживать без интегринов. То же самое оказалось и для некоторых раковых клеток.
Впереди ледяные земли!
Чтобы проанализировать механизм передвижения, который позволяет клеткам мигрировать в отсутствие адгезии, ученые сосредоточились на геометрии окружающей среды, а не на ее молекулярном составе. Они разработали крошечные «микрофлюидные» каналы размером с ячейку с различной геометрией стенок: от абсолютно гладкой до шероховатой или зазубренной текстуры. Затем они позволили клеткам мигрировать по этим каналам, чтобы заметить, что лишенные интегрина клетки не могли двигаться вперед, когда стенки были гладкими и параллельными. «Ячейки« работали на месте »- точно так же, как автомобильная шина вращалась на обледенелой земле», – говорит Энн Реверсат, первый автор исследования и бывший постдок IST Austria, которая сейчас проводит исследования в Ливерпульском университете. "Однако, когда стены были текстурированы неровностями, клетки могли эффективно мигрировать без интегринов. Клетки, которые все еще несли свои интегрины, могли одинаково мигрировать как по каналам с грубой текстурой, так и по гладким каналам."
Правильная хватка, чтобы идти повсюду
Изучив экспериментально и теоретически биомеханику такого "внедорожного" движения клеток, Reversat et al. раскрыл объединяющую механическую тему, лежащую в основе обоих способов передвижения: актин – волокнистый строительный материал цитоскелета клетки – течет от передней части клетки к ее хвостовому концу. Этот «ретроградный поток актина» – это сила внутри клетки, которая, будучи соединенной с окружающей средой, толкает тело клетки вперед. Силовое связывание может происходить через интегрины, которые проникают через плазматическую мембрану и тем самым связывают внутриклеточный актин с внеклеточным субстратом.
Однако, как обнаружили ученые, актин не может связываться только через интегрины; он также может соединяться без каких-либо трансмембранных рецепторов. Reversat: «Ретроградный поток создает внутриклеточные поперечные силы, которые толкаются к стенкам канала всякий раз, когда возникает неровность. Если стены параллельны или неровности слишком далеко друг от друга, это не сработает. Другой способ увидеть это – клетка движется сама по себе, изменяя свою форму с течением времени.
В конце концов, лейкоциты – это амебоидные клетки – «амойбос» в переводе с греческого означает «изменение». Поскольку тонкая структура тканей геометрически очень сложна, амебоидные клетки всегда могут полагаться на этот способ передвижения.
Это делает их чрезвычайно адаптируемыми. По сути, они могут пойти куда угодно."