Исследователи из Института нанонаук в области жизни (WPI-NanoLSI) при университете Канадзава сообщают в издании ACS Applied Nano Materials о новом методе точного измерения эластичности ядра — жёсткости или мягкости ядра клетки — в живых клетках.
Используя технику под названием наноэндоскопия-АСМ (NE-AFM), которая вводит наноигольный зонд непосредственно в клетки, команда выяснила, как ядра раковых клеток становятся жёстче или мягче в зависимости от структуры хроматина и условий окружающей среды.
Основные выводы
Результаты дают фундаментальное представление о том, как физические свойства ядер раковых клеток изменяются в процессе развития заболевания, подчёркивая их потенциал в качестве биомаркеров для диагностики и оценки лечения.
Изменения в механике ядра являются отличительной чертой рака и могут указывать на злокачественную трансформацию. Традиционно эластичность ядра изучалась с помощью зондов атомно-силовой микроскопии (АСМ), прижимаемых к клеточной мембране, или путём аспирации изолированных ядер. Оба метода имеют ограничения: на них влияют окружающие клеточные структуры, или они не фиксируют целостное состояние ядра.
Новый метод NE-AFM, разработанный Такехико Итикава и его коллегами из университета Канадзава, преодолевает эти барьеры, вводя наноигольный зонд непосредственно в живые клетки тысячи раз без причинения серьёзного вреда, что позволяет наносить на карту ядерную эластичность на наноуровне.
Методы и результаты
Исследователи обнаружили, что клетки рака лёгких человека (PC9) показали значительно повышенную эластичность ядра в условиях бессывороточной среды. Это ужесточение коррелировало с увеличением триметилирования гистона H4 по лизину 20 (H4K20me3), маркёра уплотнения хроматина.
Лечение трансформирующим фактором роста бета (TGF-β), который индуцирует эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМТ), вызывало размягчение ядра и снижение уровней H4K20me3.
Команда использовала наноэндоскопию-АСМ — метод, сочетающий атомно-силовую микроскопию с наноигольными зондами, изготовленными методом электронно-лучевого напыления. Зонды диаметром около 160 нм многократно вводили в живые клетки для регистрации тысяч кривых «сила — расстояние» на поверхности ядер.
На основе этих измерений исследователи создали трёхмерные карты эластичности интактных ядер в клетках рака лёгких человека. В отличие от традиционных методов АСМ, NE-AFM отличает эластичность клеточной мембраны от эластичности ядра и позволяет избежать помех со стороны цитоскелетных структур.
Заключение
«Наша работа показывает, что эластичность ядра — это не просто физическое свойство, но и отражение лежащих в основе состояний хроматина», — говорит Итикава.
«С помощью наноэндоскопии-АСМ у нас теперь есть мощный инструмент для прямого исследования ядра живых раковых клеток. Это открывает двери для новых подходов к диагностике и лучшего понимания того, как механические силы формируют прогрессирование рака».
Исследование демонстрирует, что эластичность ядра может выступать в качестве измеримого биомаркера прогрессирования рака. Метод NE-AFM предоставляет беспрецедентную возможность исследовать неповреждённую механику ядра и может стать инструментом для ранней диагностики и прогнозирования рака, изучения регуляции хроматина во время метастазирования и исследования механики других органелл, таких как митохондрии.
Предоставлено университетом Канадзава.