Как клетки понимают, куда двигаться
Движение клеток имеет решающее значение для развития, заживления ран и иммунного ответа у животных, а также для метастазирования рака. В двух новых исследованиях Университета Джонса Хопкинса ученые ответили на давние вопросы о том, как сложные клетки чувствуют химические следы, указывающие им путь, и какую роль в этом играет внутренний «скелет» клетки.
Двухэтапное обнаружение градиента
Клетки ориентируются по минимальным различиям в концентрации химических веществ между своими концами. «Клетки могут обнаруживать разницу в концентрации всего в 2%», — говорит Питер Девриотис, директор Департамента клеточной биологии. Они работают в широком диапазоне фоновых концентраций.
Исследовательская группа под руководством Девриотиса и Пабло Иглесиаса, включая Чуан-Сяна Хуана и Мин Тана, разработала систему для наблюдения за реакцией клеточного контрольного центра, управляющего движением. Амебы и человеческие лейкоциты подвергались воздействию различных градиентов.
«Обнаружение градиента — это двухэтапный процесс, — говорит Хуан. — Сначала клетка «отфильтровывает» фоновый шум, и сторона, получающая меньше химического сигнала, перестает на него реагировать. Затем контрольный центр усиливает реакцию на сигнал с другой стороны клетки и запускает движение в этом направлении». Результаты опубликованы на сайте Nature Communications 27 октября.
Роль клеточного скелета и полярности
Для начала движения клетка должна иметь внутреннюю организацию — четко выраженные переднюю и заднюю часть (полярность). В другом исследовании группы Девриотиса Минцзе Ван и Юлия Артеменко изучили роль полярности в реакции на градиент.
В предыдущих работах препарат, полностью разрушающий клеточный скелет (цитоскелет), устранял и движение, и полярность. Команда использовала другой подход: «фармацевтический коктейль», который не разрушал скелет, а замораживал его на месте.
«Даже неспособные перестраивать скелет для движения, клетки все равно улавливали сигналы градиента, и на эту реакцию влиял «замороженный» скелет, — говорит Артеменко. — Этого не происходит, если скелет полностью отсутствует. Таким образом, мы выяснили, что на обнаружение градиента влияет сам скелет, а не его способность к перестройке». Результаты опубликованы в выпуске Cell Reports от 6 ноября.
Эти работы, детализирующие механизмы клеточного движения, могут пролить свет на многие важные процессы: развитие, иммунный ответ, заживление ран, регенерацию органов, а также помочь в борьбе с метастазированием рака.