Цитофиламенты соединяют ядро клетки с внеклеточным микроокружением

Новые изображения структурных волокон внутри клетки, полученные учёными Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли (Berkeley Lab), показывают нитевидные цитофиламенты, проникающие в упакованное хроматином ядро человеческой клетки молочной железы. Это первое визуальное доказательство физической связи, через которую гены могут получать механические сигналы из микроокружения.

Изображения представлены в исследовании на обложке Journal of Cell Science в специальном выпуске о 3D-биологии клетки. Работа началась в начале 1980-х, когда Мина Биселл из Berkeley Lab выдвинула идею, что экспрессия генов и судьба клетки зависят от их физического окружения — внеклеточного матрикса (ECM).

"Когда форма меняется, меняется и биология", — сказала Мина Биселл, соавтор исследования.

Сотни работ, включая около 400 под руководством или с участием Биселл, показали, что сигналы от физических сил вне клетки могут кардинально менять её функцию. Например, выращивание клеток в 3D-геле с ECM заставляло клетки молочной железы лактирующих мышей производить молоко.

"Мы знали, что внеклеточный матрикс влияет на экспрессию генов, но до сих пор не было понятно, что цитоскелет действительно может соединяться внутри ядра", — отметила Биселл. "Теперь мы знаем, что существует прямая связь с ядром. Это абсолютно ново".

Для исследования команда Биселл объединилась с Манфредом Ауэром. Критически важными стали разработки в области сверхразрешающей микроскопии соавтора Ке Сюй, в частности, стохастической микроскопии восстановления (STORM).

"Мы объединили рекордные шесть различных методов визуализации и сотни миллионов точек данных, чтобы получить эти изображения", — сказал Ауэр. "Это новая интеграция подходов к визуализации позволила нам изучить такую сложную систему, как цитофиламенты".

Сверхразрешающая визуализация показала, что цитоскелет соединяется с SUN-белками, участвующими в связях между ядром и цитоплазмой клетки.

"Это исследование впервые устанавливает давно постулируемую механическую связь между ядром клетки и адгезионными комплексами, которые позволяют общаться с окружающим внеклеточным матриксом и другими клетками", — заявил Ауэр.

Изображения выявили глубокие инвагинации (впячивания) в ядро клетки и через него. Эти инвагинации содержат цитофиламенты, закреплённые на ядерной мембране, создавая "макромолекулярное шоссе". Это позволяет пучкам цитофибров, которые, как известно, взаимодействуют с ECM, проходить от внешней стороны клетки к её ядру.

"Причина нашего воодушевления в том, что это объясняет множество данных о том, как сила и напряжение вместе с биохимическими сигналами могут вызывать огромные изменения в клетке", — заключила Биселл.