Механические различия филаментов цитоскелета в подвижных и неподвижных клетках

Большинство клеток организма занимают фиксированное положение. Однако клетки могут становиться подвижными и перемещаться по телу, например, при заживлении ран или миграции опухолевых клеток. Подвижные и неподвижные клетки различаются, в том числе, по строению цитоскелета — структуры из белковых филаментов, обеспечивающей стабильность, растяжимость и устойчивость к внешним силам. Ключевую роль здесь играют промежуточные филаменты.

Исследователи из Гёттингенского университета и ETH Zurich точно измерили механические свойства двух типов таких филаментов, характерных для подвижных и неподвижных клеток, и обнаружили параллели с небиологическими материалами. Результаты опубликованы в Matter.

Метод исследования

Учёные использовали оптические пинцеты: концы филаментов прикрепили к микроскопическим пластиковым шарикам, которые перемещали лазерным лучом, растягивая филаменты двух типов — виментин и кератин. Измеряли необходимые для растяжения силы и поведение филаментов при многократном растяжении.

Ключевое открытие

При повторном растяжении филаменты ведут себя противоположным образом:

• Виментиновые филаменты становятся мягче, сохраняя длину.
• Кератиновые филаменты становятся длиннее, сохраняя жёсткость.

Экспериментальные данные согласуются с компьютерным моделированием молекулярных взаимодействий:

• В виментине предполагается раскрытие структур, аналогичное процессам в многокомпонентных гелях.
• В кератине предполагается смещение структур друг относительно друга, как в металлах.

Оба механизма объясняют, почему сети промежуточных филаментов могут сильно деформироваться без повреждений, но основаны на принципиально разных физических принципах.

Значение работы

«Эти результаты расширяют наше понимание того, почему разные типы клеток обладают столь различными механическими свойствами», — поясняет первый автор работы доктор Шарлотта Лоренц.

«Мы можем учиться у природы и задуматься о создании новых, устойчивых и трансформируемых материалов, свойства которых можно точно подбирать или проектировать под конкретные требования», — добавляет руководитель исследования профессор Сара Кёстер из Института рентгеновской физики Гёттингенского университета.