Механическая память: умная стратегия клеток для перемещения в узких пространствах

от

Профессор Дэвид Бruckner из Базельского университета (Швейцария) вместе с коллегами-экспериментаторами обнаружил, что клетки обладают своего рода памятью: они могут «запоминать», как они ранее преодолевали подобные сужения. Это позволяет им двигаться быстрее и эффективнее в сложных тканях.

Как клетки перемещаются в организме

Человеческое тело состоит из триллионов клеток. Большинство из них, такие как клетки кожи, остаются на месте на протяжении всей своей жизни. Но есть исключения: эмбриональные клетки, иммунные клетки и клетки, участвующие в заживлении ран, перемещаются по телу.

Раковые клетки также обладают этой способностью, распространяясь из первичной опухоли для формирования метастазов в отдалённых областях. Чтобы переместиться из одного места в другое, клетки должны протиснуться через узкие промежутки в тканях — часто меньшие, чем сами клетки. Это требует от них изменения формы, что требует времени и энергии.

Механическая память клеток

Профессор Дэвид Бruckner из Базельского университета и исследователи под руководством профессора Сильвена Габриэле из Университета Монса в Бельгии обнаружили, что мигрирующие клетки сохраняют механическую память. Они могут «запоминать» форму, которую они приняли при прохождении через сужение. Память позволяет им сохранять эту форму вместо того, чтобы менять её каждый раз, когда они сталкиваются с неограниченным пространством, что позволяет им двигаться быстрее и эффективнее в сложных условиях.

Исследование, опубликованное в Nature Physics, проливает свет на биофизические механизмы, лежащие в основе этого поведения. Теоретический физик Бruckner разработал математическую модель, описывающую динамику миграции клеток.

Эксперимент

Исследователи изучили поведение отдельных клеток в специально разработанных микроструктурах в форме гантели на чипе: две небольшие лунки в форме квадрата соединены узким каналом или «мостом», имитирующим узкие пространства в тканях.

«Клетки используют выступы — микроскопические отростки, похожие на руки, — чтобы перемещаться в этих структурах», — объясняет Бruckner. «Раковые клетки особенно мобильны, постоянно мигрируя вперёд и назад по мосту».

Во время ограниченной миграции клетки переключаются между двумя различными формами: удлинённой и компактной морфологией. Когда клетка входит в ограниченное пространство моста, два выступа тянут её в противоположных направлениях. Сначала клетка изучает свои возможности и вытягивается. Чем дольше она остаётся в ограниченном пространстве, тем больше вероятность того, что она перейдёт в компактную форму.

«В этом состоянии у клетки есть только один направляющий выступ, который тянет её тело, как мешок, сзади», — говорит первый автор исследования Йохалли Каликула из Университета Монса. «Клетка использует свою энергию для движения в одном направлении».

Удивительно, но большинство клеток, которые находились в ограниченном пространстве в течение длительного периода, сохраняют свою компактную форму даже после выхода из узкого моста. Это делает их лучше подготовленными к следующему сужению.

«Очевидно, клетки помнят, что они уже проходили через узкие пространства, и ожидают новых впереди, поэтому они остаются компактными», — объясняет Каликула. «Однако в некоторых случаях клетки возвращаются к своей удлинённой форме. Предположительно, сохранение компактности и движение в одном направлении не всегда выгодно в реальных тканевых средах, так как увеличивает риск попадания в тупики и застревания».

Механическая память и цитоскелет

Исследователи обнаружили, что эта механическая память закодирована в организации цитоскелета, особенно в актиновом кортексе, который определяет форму клетки и структурную целостность. Когда клетки находятся в ограниченном пространстве в течение длительного времени, они перестраивают свой актиновый кортекс. Эта структура становится толще и прочнее, что позволяет клетке сохранять свою компактную форму даже в неограниченных средах.

«Но перестройка актинового кортекса требует времени — именно это и порождает эффект памяти», — говорит Бruckner.

Результаты исследования показывают, что механическая память помогает мигрирующим клеткам более эффективно ориентироваться в сложных средах. Это может быть полезно в таких процессах, как заживление ран и иммунная защита. Однако этот эффект памяти может иметь и обратную сторону: он может помочь раковым клеткам быстрее распространяться по телу.

Предоставлено Базельским университетом.

Источник

Другие новости по теме

Другие новости на сайте