Клетки чувствуют и исследуют своё окружение

Основной вывод исследования, опубликованного в журнале Nature под руководством Пере Рока-Кузакса из Института биоинженерии Каталонии (IBEC), заключается в том, что процесс, с помощью которого клетки чувствуют своё окружение, регулируется обнаружением силы.

"В этом исследовании мы определили, как клетки с нанометровой точностью обнаруживают положение молекул (лигандов) в своём окружении", — говорит Рока-Кузакс. "Когда лиганды присоединяются, клетки прикладывают силу, которую могут детектировать. Поскольку эта сила зависит от пространственного распределения лигандов, это позволяет клеткам чувствовать своё окружение. Это эквивалентно тому, чтобы узнать чьё-то лицо в темноте, прикоснувшись к нему руками".

Взаимодействие клеток с их лигандами (микроокружением) критически важно для поддержания функции тканей. Обнаружение изменений в окружении клетки играет ключевую роль во всех ситуациях, связанных с ремоделированием тканей: эмбриональное развитие, опухолевая пролиферация или заживление раны.

"В зависимости от этого распределения клеточных сил может меняться активация генетической транскрипции — явления, определяющего, какие гены экспрессируются", — отмечает Роджер Ория, первый автор исследования.

Исследователи доказали, что, изменяя условия микроокружения клетки (жёсткость и распределение лигандов, создающих внеклеточный матрикс), можно контролировать её адгезивный ответ и даже определять диапазон, в котором клетка прикрепляется. Этот результат может быть важен для опухолевых процессов, поскольку большая жёсткость связана с более высокой активацией онкогенов.

Ранее было известно, что клетки способны воспринимать пространственную и физическую информацию в наномасштабе, и предполагалось существование некой молекулы-шаблона для измерения расстояний. Однако данное исследование опровергает эту гипотезу, показывая, что клетки скорее "ощупывают", а не "видят" своё окружение.

Для эксперимента учёные создали гелевые субстраты низкой жёсткости, к которым прикрепили золотые наносферы, покрытые белком-лигандом, с контролируемым расстоянием между ними. Клетка распознаёт эти наносферы как лиганды, что позволило измерить, как клетки регулируют распределение силы и количество присоединяемых лигандов в зависимости от их плотности.