Как клетки чувствуют силу и тянут друг друга: механизм на основе α-катенина
Исследователи из RIKEN Center for Developmental Biology (CDB) под руководством Шигенобу Йонемуры раскрыли элегантный молекулярный механизм, с помощью которого соседние клетки чувствуют силу натяжения и отвечают на неё.
Ключевые игроки: актин, миозин и кадгерин
- Сила, позволяющая клеткам двигаться и менять форму, создаётся белками актином и миозином. Миозин движется по актиновым филаментам, создавая тянущее усилие.
- Соседние эпителиальные клетки соединены адгезионным аппаратом, ключевым белком которого является кадгерин. Внутри клетки с кадгерином связаны белки α-катенин и β-катенин.
Роль α-катенина как сенсора и усилителя
Главное открытие заключается в двойной функции α-катенина:
- Чувствовать силу: В покое α-катенин имеет изогнутую структуру. Когда соседняя клетка тянет за кадгерин, изогнутая часть α-катенина распрямляется.
- Усиливать адгезию: Распрямление позволяет молекуле винкулина связаться с α-катенином. К винкулину, в свою очередь, присоединяются актиновые филаменты, что усиливает адгезионный аппарат и позволяет клетке тянуть в ответ с равной силой.
«Это можно сравнить с перетягиванием каната, где проигрывающей команде на помощь приходят дополнительные участники, чтобы тянуть сильнее», — поясняет Йонемура.
Когда сила натяжения ослабевает, α-катенин снова изгибается, винкулин и актиновые филаменты отсоединяются, и система возвращается в исходное состояние. Этот механизм обеспечивает быстрый и локальный ответ на изменение силы без медленной передачи химических сигналов.
Как клетки чувствуют смерть соседа?
Используя метод селективного уничтожения клеток лазером, команда исследовала, как эпителий удаляет погибшие клетки.
- Сразу после гибели клетки актиновые филаменты и миозины в соседних живых клетках собираются в кольцо вокруг мёртвой клетки.
- Это кольцо постепенно сжимается, выталкивая погибшую клетку из слоя.
Йонемура предполагает, что сенсором смерти также может служить механическое натяжение: живая клетка продолжает тянуть мёртвую, но не чувствует ответного усилия. Это позволяет быстро запустить процесс репарации. Однако механизм, который нарушает баланс сил и заставляет кольцо сжиматься, пока остаётся неизвестным.
Работа лаборатории электронной микроскопии
Лаборатория Йонемуры не только ведёт исследования, но и оказывает техническую поддержку другим группам CDB в работе с электронными микроскопами (два просвечивающих и один сканирующий), которые обеспечивают разрешение до 0.1 нанометра.
- Ежегодно лаборатория помогает в около 20 проектах, работая с образцами мышей, дрозофил, рыб данио, цыплят и другими.
- Перед анализом Йонемура всегда обсуждает с исследователями, подходит ли их цель для электронной микроскопии, или лучше использовать мощные оптические микроскопы, так как подготовка образцов (фиксация в смоле) — процесс трудоёмкий.
«Для меня наибольший интерес — встречаться с разными людьми. Я счастлив, что могу совмещать собственные исследования с этой поддержкой», — говорит Йонемура.