Гибридный мотор помогает клеткам прокладывать путь через ткани

Исследование показало, как два клеточных мотора, ранее считавшиеся конкурентами, могут работать вместе, помогая клеткам протискиваться через плотные массы других клеток.

Работа, опубликованная в PNAS, даёт новое понимание того, как клетки могут сочетать точное наведение с механизмом грубой силы, чтобы проталкиваться через ткани организма. Это важно для клеток иммунной защиты, которым нужно достичь очагов воспаления, но вредно при метастазировании опухолей или паразитарных инфекциях.

Два типа двигателей

• Псевдоподии: Один мотор заставляет клеточную мембрану выпячиваться, формируя псевдоподии. Локомоция клетки в этом случае обеспечивается ростом динамического белкового каркаса, который изнутри давит на мембрану. Клетки используют сложную регуляцию, связанную с восприятием среды, чтобы сделать псевдоподии высокоточными устройствами наведения, но с ограниченной мощностью.
• Блебы: Второй мотор создаёт более быстрые, движимые давлением выпячивания — блебы. Они обеспечивают большее усилие, работая как таран, чтобы раздвинуть щели между плотно соединёнными клетками. Клетка способна сокращаться, увеличивая внутреннее давление и вызывая локальный отрыв мембраны от подлежащего цитоскелетного каркаса. Давление выталкивает её наружу. В отличие от псевдоподий, блебы, казалось, находятся под менее точным контролем.

Механизм взаимодействия

Новые компьютерные алгоритмы для отслеживания блебов и псевдоподий в микроскопических видео клеток Dictyostelium показали, что форма клетки влияет на взаимодействие моторов. Когда медленные псевдоподии вытягиваются, они деформируют мембрану, создавая вогнутые области у своего основания.

Биофизическая модель показывает, что клеточная мембрана, находящаяся под натяжением, испытывает в этих областях направленную наружу силу, облегчающую отрыв мембраны, который предшествует формированию блеба. Таким образом, геометрия мембраны оказывается важным, ранее упускавшимся из виду фактором, связывающим оба типа выпячиваний и помогающим косвенно ориентировать блебы.

Этот механизм аналогичен образованию пузырей на слишком толстом слое высыхающей краски, когда влага оказывается в ловушке и расширяется при повышении температуры. Как и клеточная мембрана, высыхающая краска также находится под натяжением, которое легче высвобождается на вогнутых поверхностях. Клеточные псевдоподии могут активно создавать такие вогнутые поверхности и, следовательно, направлять формирование блебов.

Значение работы

• Лежащий в основе механизм является универсальным физическим, подобным примеру с краской. Он подтверждён в разных типах клеток и не зависит от сенсорной системы клетки.
• До сих пор считалось, что требования для формирования одного типа выпячивания исключают другой. Данное исследование показывает, что оба мотора могут работать вместе, делая подвижность клеток более эффективной, обеспечивая точное наведение для мощного двигателя.