Прорыв в атомно-силовой микроскопии открывает новые возможности для исследования рака груди
Исследователи, разработавшие высокоскоростную форму атомно-силовой микроскопии (АСМ), впервые показали, как визуализировать физические свойства живых клеток рака молочной железы. Это позволило выявить детали того, как деактивация ключевого белка может привести к метастазированию.
Новые данные также предоставляют доказательства механизмов, участвующих в реакции клетки на противораковые препараты.
В АСМ крошечный вибрирующий зонд (кантилевер) проходит над материалом, точно характеризуя его топографию и физические свойства. Однако до сих пор процедура была слишком медленной, чтобы зафиксировать некоторые быстро меняющиеся биологические процессы в действии.
«До этого прорыва можно было увидеть только состояние "до" и "после", но не динамику самого события», — сказал Арвинд Раман. — «Есть свидетельства, основанные на этой работе и наших предыдущих выводах, что у лекарственной устойчивости может быть механическая "подпись"».
Усовершенствованные модели позволяют исследователям преобразовывать данные АСМ в информацию о внутреннем каркасе клетки — кортикальном актиновом цитоскелете, включая движение волокон актина.
Результаты подробно описаны в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports. Исследователи использовали технику для изучения клеток рака молочной железы, исследуя ключевой фермент — селезёночную тирозинкиназу (Syk).
Киназы вызывают фосфорилирование белков — биохимический процесс, который может изменять ферменты и играет значительную роль в широком спектре клеточных процессов.
«Если вы выключите киназу, белки дефосфорилируются, и тогда могут произойти изменения», — сказал Роберт Л. Гелен. — «Мы смогли показать, что выключение этой киназы очень быстро изменяет физические свойства клетки. Это, несомненно, связано с событиями фосфорилирования, которые оказывают немедленное воздействие на белки цитоскелета».
Исследователи изучали клетки рака молочной железы, подвергшиеся воздействию химического «ингибитора», который блокирует функционирование Syk, позволяя клеткам метастазировать. Благодаря новой высокоскоростной АСМ исследователи впервые смогли наблюдать, что происходит при добавлении ингибитора.
После добавления ингибитора полосы актина распространяются по клетке, заставляя её менять форму.
«Это занимает около 10 минут, что довольно быстро по сравнению со многими биологическими процессами», — сказал Раман.
Изображения можно получать со скоростью около 50 секунд на кадр.
«До этого на получение одного кадра уходило примерно 15–20 минут, что слишком медленно, чтобы наблюдать этот переходный процесс».
Было показано, что полосы актина движутся по клетке веерообразным движением.
«Вы думаете об актине как о каркасе, но это динамический каркас», — сказал Раман. — «Мы можем видеть полосы актина, которые движутся и изменяют физические свойства во время перехода, что раньше не было понятно».
Когда Syk отсутствует или деактивирована, клетки рака молочной железы претерпевают процесс EMT (эпителиально-мезенхимальный переход), в результате чего они становятся высоко подвижными и подвергаются метастазированию.
«Если эта киназа находится в клетках, клетки не могут метастазировать, поэтому мы пытались выяснить механизмы, с помощью которых нужно избавиться от этой киназы, чтобы стать высоко подвижными и метастатическими», — сказал Гелен.
Одна из целей исследования — соотнести физические свойства клеток с подавлением опухоли и действием киназы на клетку.
Прогресс в технологии АСМ был достигнут благодаря двум инновациям:
- Обратная связь по отклонению: Предоставление обратной связи по отклонению (deflection) кантилевера вместо амплитуды и частоты увеличило скорость визуализации в 10 раз.
- Двухчастотное возбуждение: Техника, позволяющая кантилеверу вибрировать на двух частотах одновременно.
«За один сканирующий проход мы можем картировать локальные физические свойства клетки, и мы можем делать это достаточно быстро, чтобы составлять карты изменяющейся клетки», — сказал Раман.