Как движется клетка? Учёные говорят: «Выдерните пробку» с электрического заряда на внутренней стороне её мембраны

Учёные из Johns Hopkins Medicine утверждают, что ключом к клеточному движению является регуляция электрического заряда на внутренней стороне клеточной мембраны. Это открывает путь к пониманию движения раковых, иммунных и других типов клеток.

Их эксперименты на иммунных клетках и амёбах показывают, что избыток отрицательных зарядов, выстилающих внутреннюю поверхность мембраны, может активировать пути липидов, ферментов и других белков, ответственных за направленное движение клетки.

Результаты, описанные в октябрьском выпуске Nature Cell Biology, углубляют понимание биологами клеточного движения. Они могут помочь объяснить биологические процессы, связанные с движением, такие как перемещение и распространение раковых клеток за пределы исходной опухоли или миграция иммунных клеток к местам инфекции или заживления ран.

Многие молекулы, участвующие в движении клетки, активируются на её переднем крае, где образуется выступ (протрузия), ориентирующий клетку в определённом направлении.

Татсат Банерджи, ведущий автор исследования, заметил, что отрицательно заряженные липидные молекулы, выстилающие внутренний слой клеточных мембран, распределены не равномерно, как считалось ранее. Они последовательно покидают области, где клетка формирует выступ.

У Банерджи возникла гипотеза, что общее биофизическое свойство, такое как электрический заряд, а не конкретная молекула, может стимулировать и организовывать активность ферментов и других белков, связанных с движением клетки.

Для проверки этой идеи исследователи использовали биосенсор — флуоресцентно меченный положительно заряженный пептид — для изучения внутренней оболочки мембран макрофагов человека и почвенной амёбы Dictyostelium discoideum.

Они обнаружили, что в момент и в месте формирования выступов клетки происходило соответствующее снижение отрицательного электрического заряда вдоль внутренней мембраны. И наоборот, на покоящейся поверхности мембраны заряд увеличивался, что способствовало рекрутированию большего количества положительно заряженных белков.

Исследователи также создали новые высокозаряженные, генетически закодированные молекулы, которые можно перемещать внутри клетки с помощью света. Там, где учёные светили на клетку, в зависимости от того, снижался или увеличивался поверхностный заряд, формировались новые выступы или происходило их подавление, чтобы двигать клетку в определённом направлении.

По словам Питера Девриотиса, эти экспериментальные результаты, возможно, являются первым доказательством того, что уровень общего поверхностного заряда мембраны играет причинную роль в контроле клеточной сигнализации и подвижности.

В сотрудничестве с Пабло Иглесиасом и его командой исследователи построили вычислительную модель, чтобы продемонстрировать, как небольшие изменения электрических зарядов на внутренней мембране влияют на активность клеточной сигнализации.

«Отрицательный поверхностный заряд, по-видимому, достаточен и необходим для активации каскада биомолекулярных реакций, которые были связаны с движением клетки», — говорит Банерджи.

Комментируя исследование в F1000 Faculty Opinions, Мартин Шварц из Yale School of Medicine, не связанный с этой работой, сказал: «...Эта статья имеет потенциал, чтобы инициировать новое направление в этой области».

Далее учёные планируют изучить, как именно и когда электрические заряды снижаются вдоль внутренней мембраны в ответ на внешние сигналы, и как именно отрицательные заряды связаны со сложными белковыми и липидными сигнальными сетями, которые запускают движение клетки и другие связанные с этим физиологические процессы.